本文转载自@@： 超旸半导体微信公众号@@@@
如今@@，我们正处于一个被无处不在@@的@@数据及高耗电应用所驱动的@@信息计算世界中@@@@，使@@得电源管理成为@@了不同系统@@、网@@络和@@软件所面临多方面挑战中@@的@@不可忽视的@@一环@@。智能设备@@@@、边缘计算和@@云处理都对高效的@@电力传输有特别的@@要求@@，在@@提高@@产品性价比和@@降低功耗的@@目标下@@，实现低延迟@@和@@高处理能力@@。
为@@了满足这些需求@@，电源管理解决方案必须提供可由系统控制的@@超高速能量输送@@，以更小的@@尺寸来满足整体电源需求@@。电源管理和@@计算平台的@@集成和@@耦合对于在@@速度@@、效率@@、成本和@@尺寸方面的@@持续改进至关重要@@。
本文主要来介绍下超旸如何使@@用我们的@@专利和@@方案@@，来满足上述日益增长的@@需求@@。
如今@@很多的@@电源管理集成电路@@@@(PMIC)里所集成的@@@@DC-DC转换器@@，是一个有@@30多年历史架构@@的@@设计@@。为@@了满足如今@@的@@需求@@，DC-DC转换器@@必须达到@@接近完美的@@效率@@@@，在@@极短的@@时间内来调制@@电压@@，在@@严格的@@瞬态下保持负载调节@@，并且以更高的@@速度去开关@@，以此来减少无源组件的@@尺寸和@@数量@@，这是当@@前行业所面临的@@一个巨大挑战@@。
所以如何来应对这个挑战@@，就必须要综合考虑架构@@@@、系统和@@半导体解决方案等各种因素才能得以解决@@。
一直以来@@，电源管理集成电路@@（PMIC）沿用的@@是传统制程配合不同的@@@@Bipolar CMOS DMOS(BCD)工艺@@。但如今@@@@，晶圆厂已经可以提供各种高耐压的@@先进制程@@，而且可以支持更快的@@开关速度@@，而且还能保持极低的@@效率@@变化率@@。这就成为@@了能够定义一个新架构@@的@@关键因素@@。
超旸最新的@@@@DC-DC架构@@(超旸专利@@)，旁路双占空比控制@@ (BDDC™)，主要具备@@以下特点@@：
1. 高频开关和@@动态电压控制@@(DVC)的@@无条件稳定性@@。
2. 通过@@从连续电流模式@@@@(CCM)和@@不连续电流模式@@@@(DCM)的@@无缝@@过渡@@@@，实现平坦化的@@效率@@@@。
3. 在@@高开关频率下稳定运行@@，不依赖于电流检测或@@过零比较器@@；最高频率受限于工艺@@和@@开关损耗@@。
4. 快速数字负载电流监测@@，可提供@@：
旁路双占空比控制@@技术@@@@ (BDDC™)
参考图@@@@1，两个独立的@@脉宽调制@@@@(PWM)发生器产生两个占空比@@，PWMbase 和@@ PWMadj.
在@@轻载条件下@@，只有@@PWMbase用于让设备@@处于@@DCM模式@@。当@@ Vout 低于某个阈值@@，就产生一个@@PWM脉冲来打开功率级并调节输出电压@@，否则在@@负载增加前不会发送电流到@@@@Cout。
图@@1：简化的@@旁路双占空比控制@@@@ (BDDC™) 架构@@
在@@DCM中@@，使@@用脉冲调频@@(PFM)操作@@。随着负载的@@增加@@，PFM会变得趋近于连续@@，输出也会无缝@@地过渡@@到@@@@CCM和@@PWM操作@@，如图@@@@2所示@@。
在@@CCM中@@，系统在@@@@ PWMbase 和@@ PWMadj 之间来回振荡@@，其中@@@@PWMadj 按照最大负载被设置@@。
图@@ 2：BDDC™ 启动和@@负载瞬态调节@@
旁路模式@@@@
旁路模式@@@@仅在@@@@DCM和@@CCM过冲条件下激活@@。
在@@CCM中@@过冲超过一定阈值@@，设备@@自动进入@@DCM，内部旁路开关将外部电感@@(L)短路@@；然后@@，电感在@@一个自由旋转的@@循环中@@消散其电流@@，没有额外的@@电流流向负载@@。
旁路模式@@@@的@@优点是@@：
这种旁路开关也消除@@了共振@@，允许系统高速的@@运行的@@同时@@，无条件地保持稳定@@。
图@@ 3：BDDC™ 旁路模式@@@@在@@高速电压转化率下最小化振铃@@
使@@Vout在@@DVC模式@@下以最高的@@电压转换率爬坡@@，而且没有振铃@@；如图@@@@3所示@@。
无缝@@PFM-PWM过渡@@
根据图@@@@2，在@@轻载条件下@@，DCM(PFM模式@@)将随着负载的@@增加@@而自动转换到@@@@CCM(PWM模式@@)。相反@@，当@@负载降低到@@某个设定点时@@，旁路开关将自动接合并过渡@@到@@具有@@PFM脉冲调节轻负荷条件的@@@@DCM，直到@@负载增加并自动过渡@@到@@@@CCM。
传统的@@方法依赖于电流监测来在@@@@PFM和@@PWM模式@@之间切换@@，并需要迟滞来减少因不准确性和@@延迟@@带来的@@效率@@不连续@@。
BDDC™ 不需要电流检测或@@者过零检测@@，这允许基于工艺@@节点的@@最大开关速度无缝@@地进行@@PFM-PWM操作@@。如图@@@@4所示@@，在@@PFM-PWM转换期间@@，在@@一个较宽的@@负载电流范围内@@，效率@@依然保持不变@@。
图@@ 4：宽负载电流范围内的@@平坦效率@@@@（双相显示@@，Vin在@@=3.6V)和@@竞品对比@@（Fsw=3MHz)
在@@极端瞬态下的@@交流调节@@
为@@了减轻@@Vout上的@@次谐波纹波@@，超旸研发了一项具有专利的@@交流调节技术@@@@，使@@纹波保持在@@毫伏范围内@@，并不影响系统的@@无条件稳定性@@@@。
此交流调节可防止负载瞬变时的@@下降和@@过冲@@。图@@5显示了在@@高电压转换速率下在@@不同负载瞬态下的@@单相@@@@BUCK调制@@。
在@@整个@@ACR过程中@@@@，依然不影响@@PFM-to-PWM的@@无缝@@切换@@。
图@@ 5：交流调节范围在@@@@ +/- 2.5%，Fs=10MHz, L=60nH, Cout=20uF，单相@@BDDCTM 0到@@5A的@@伪随机负载瞬态为@@@@7A/us。设备@@在@@@@4us中@@从@@0上升到@@@@1.1V。它可以从@@PFM模式@@无缝@@地过渡@@到@@@@PWM模式@@，反之亦然@@。
数字负载监测@@(DLM)
在@@CCM中@@，PWMadj和@@PWMbase之间的@@占空比与负载电流呈线性相关@@。将比较器的@@比特流平均后可以得到@@数字化的@@负载电流@@，如图@@@@6所示@@。
图@@ 6：Fs=20MHz, L=36nH, Cout=10uF，单相@@BDDC™报告@@<2us中@@的@@电流阶跃@@
当@@不调整时@@，8位@@比较器的@@平均输出为@@@@零@@，表明设备@@处于轻负载状态@@。当@@系统不断调整时@@，比较器的@@平均输出为@@@@256位@@，表明负载处于可调节的@@最大电流@@.
在@@DCM(PFM)中@@，电流脉冲的@@密度与负载电流成正比@@。同样的@@@@，将旁路比较器的@@输出平均可以提供数字化的@@轻载电流@@。
DLM允许在@@多相操作@@中@@实现有效的@@数字切脚和@@切相技术@@@@，与超旸的@@交流调节技术@@结合使@@用@@，它在@@提高@@效率@@和@@扩大负载范围的@@同时@@，实现了完美的@@切脚和@@切相技术@@@@。
接下来@@，我们将讨论如何将@@DLM和@@LA-DVFS™用于提高@@相关的@@@@SoC的@@系统效率@@@@。
负载感知@@DVFS操作@@
现代电子@@设备@@可以动态的@@实现数据传输和@@计算需求@@,但与此同时也要消耗一定的@@能量@@。这也使@@得降低延时@@，提升性能@@，降低功耗成为@@不同产品的@@设计需求@@。
动态调整数字时钟频率和@@电源电压并不是什么新鲜事了@@。我们要做的@@是减少响应延迟@@@@，使@@能量只在@@被需要时消耗@@，这就是快速@@DVC。
通过@@DLM实时提供数字化的@@负载信息@@，系统还可以实现实时@@“负载感知@@”，这加快了通过@@硬件以及软件在@@系统内调整频率和@@电压的@@能力@@。
硬件解决方案的@@一部分是@@BDDC™ 技术@@可以在@@非常高的@@开关速度下运行@@PMIC DC-DC转换器@@。超旸已经可以成功演示多相@@150MHz（1V）嵌入式电压调节器@@(eVR™)。我们还开发了另外一款@@20MHz，5V DC-DC转换器@@，DLM为@@<2us延迟@@。这使@@得基于硬件的@@微秒级@@（可能更快@@）的@@LA-DVFS™ 系统成为@@可能@@，同时也可以在@@不同的@@操作@@系统中@@通过@@软件的@@方式来实现快速@@LA-DVFS™。
关于超旸半导体@@
超旸公司是一家无晶圆厂的@@半导体公司@@，提供行业领先且具有颠覆性的@@电源管理和@@智能传感器芯片组解决方案@@，应用涵盖移动设备@@@@、物联网@@@@、个人计算机和@@云服务器@@。
超旸的@@专利技术@@提供了国际标准的@@超快开关调节器@@，通过@@一流的@@效率@@实现高性能和@@超低功率@@。超旸专有的@@低功耗和@@小尺寸人工智能@@(AI)实现与其创新的@@模拟前端@@(AFE)相结合@@，为@@智能物联网@@@@@@、智能音频和@@其他应用提供了最佳信噪比和@@@@AOP的@@解决方案@@。
我们的@@技术@@组合创建了一个融合产品和@@服务的@@生态系统@@，共同提供增强的@@定制用户体验@@，实现低功耗和@@低延迟@@的@@前沿智能科技@@。