今年10月，***油電雙漲政策為民生帶來(lái)不小沖擊，民眾無(wú)不使用各種方法控制用電，在炎熱的天氣中戮力降低用電額度。有趣的是，若將場(chǎng)景轉(zhuǎn)移至美國(guó)科技重鎮(zhèn)--矽谷，半導(dǎo)體廠商亦不約而同地看見(jiàn)全球?qū)τ谀茉匆庾R(shí)的轉(zhuǎn)變，遂加速研發(fā)更精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)電力的數(shù)字電源管理積體電路（IC），此舉不僅將進(jìn)一步降低半導(dǎo)體元件耗電，更可以提供客戶具備更高調(diào)整彈性的供電方案，其中，數(shù)字電源系統(tǒng)管理（Digital Power System Management， PSM）技術(shù)將成為提高半導(dǎo)體元件能源使用效率的重要關(guān)鍵。

　　精準(zhǔn)監(jiān)控電流/電壓　數(shù)字電源管理需求看漲

　　過(guò)往工程師在開(kāi)發(fā)電子元件時(shí)若須調(diào)整元件電源效率，往往須大費(fèi)周章調(diào)整電路板，因此業(yè)界提出數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)，協(xié)助元件開(kāi)發(fā)商在短時(shí)間內(nèi)以數(shù)字介面監(jiān)測(cè)、修改元件參數(shù)（Parameter），以提高元件能源使用效率。

　　
圖1　凌力爾特微型模組電源產(chǎn)品行銷(xiāo)經(jīng)理Afshin Odabaee表示，
數(shù)字電源管理技術(shù)將有助于資料中心廠商精準(zhǔn)監(jiān)控電力使用情形。

　　凌力爾特（Linear Technology） μModule電源產(chǎn)品行銷(xiāo)經(jīng)理Afshin Odabaee（圖1）表示，伺服器從元件、電路板至系統(tǒng)整體的耗電變化已成為資料中心可靠度的重要指標(biāo)，不過(guò)，要減少整體電力消耗則須精準(zhǔn)觀察每個(gè)層級(jí)的用電量（圖2）。數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)能透過(guò)數(shù)字匯流排（Digital Bus）提供設(shè)計(jì)人員重要的電源相關(guān)數(shù)據(jù)，包括負(fù)載電流、輸入電流、輸出電壓、運(yùn)算電力消耗、整體效率以及其他電源管理參數(shù)等。

　　圖2　數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)將層層把關(guān)電源消耗情形。

　　Odabaee進(jìn)一步指出，與傳統(tǒng)負(fù)載點(diǎn)（Point of Load， POL）轉(zhuǎn)換器相較，數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)能提供三大優(yōu)勢(shì)，包括電壓優(yōu)化（Voltage Optimization）、動(dòng)態(tài)控制電壓輸出以及系統(tǒng)級(jí)的電力監(jiān)控。

　　關(guān)于電壓優(yōu)化特色，Odabaee分析，由于電壓輸出精準(zhǔn)度對(duì)特定應(yīng)用積體電路（ASIC）及現(xiàn)場(chǎng)可編程閘陣列（FPGA）供電而言至關(guān)重要，但傳統(tǒng)電源供應(yīng)輸出電壓在溫度變化時(shí)容易產(chǎn)生飄移（Drift），并可能破壞整體設(shè)計(jì)。數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)則能持續(xù)地以高精度及可靠的類(lèi)比數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）量測(cè)電壓輸出情形。與此同時(shí)，時(shí)間伺服回路（Time Servo Loop）將自動(dòng)調(diào)整修正數(shù)字類(lèi)比轉(zhuǎn)換器（Trim DAC）值，藉此消除輸出電壓偏移情形，改善供電精準(zhǔn)度。

　　另一方面，數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)還能動(dòng)態(tài)控制輸出電壓。傳統(tǒng)電源供應(yīng)電壓通常系固定的，且無(wú)法簡(jiǎn)單地改變；數(shù)字電源系統(tǒng)管理方案將可透過(guò)雙線（2-wire）數(shù)字介面，調(diào)整1毫伏特（mV）以下的電源變化，工程師可輕松地以此調(diào)整系統(tǒng)效能、最小化能源浪費(fèi)。

　　事實(shí)上，數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)最重要的功能系系統(tǒng)級(jí)電源監(jiān)控。傳統(tǒng)電源供應(yīng)方案中，電源監(jiān)控功能往往被分開(kāi)放至直流對(duì)直流（DC-DC）穩(wěn)壓器 （Regulator）上，僅有部分過(guò)電壓/低電壓（OV/UV）以及過(guò)電流（OC）錯(cuò)誤可被偵測(cè)并傳送至主控制器中；數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)的電源監(jiān)控則系內(nèi)建功能且可編程。數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)可計(jì)算電壓/電流錯(cuò)誤與高精度電壓、電流及溫度等變化關(guān)聯(lián)情形，并儲(chǔ)存于內(nèi)部非揮發(fā)性記憶體，以進(jìn)一步除錯(cuò)，并且分析根本肇因。

　　凌力爾特最新μModule降壓DC-DC穩(wěn)壓器--LTM4676已導(dǎo)入數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)，在16毫米 （mm）×16毫米×5.01毫米的球閘陣列（BGA）封裝中，整合雙組類(lèi)比控制回路、精密混合訊號(hào)電路、電子式可清除可編程唯讀記憶體 （EEPROM）、功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體（MOSFET）、電感和支援零組件，可彈性調(diào)整電源供應(yīng)情形，提高能源使用效率。

　　事實(shí)上，除透過(guò)數(shù)字電源系統(tǒng)管理技術(shù)確保能源效率外，電源管理IC若本身具備可編程特色，將為整體電源管理效能增添助力。

　　由于可編程電源管理積體電路（Programmable Power Management IC）不僅具備高彈性電源調(diào)整空間，且可減少電阻、電容元件的使用顆數(shù)，顯著縮小電路板面積，因而吸引賽靈思（Xilinx）、Altera、英特爾 （Intel）、飛思卡爾（Freescale）等晶片大廠相繼推出參考設(shè)計(jì)，欲搶先卡位高達(dá)1.5億美元的潛在市場(chǎng)（TAM）。

　　具動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)　可編程PMIC前景可期

　　
圖3　EXAR電源管理與AMS副總裁James Lougheed認(rèn)為，
可編程電源管理方案已成為整體電源管理方案中快速成長(zhǎng)的一大類(lèi)別。

　　EXAR 電源管理與類(lèi)比混合訊號(hào)（AMS）副總裁James Lougheed（圖3）表示，整體電源管理市場(chǎng)產(chǎn)值正明顯躍升，除線性產(chǎn)品與非獨(dú)立式DC-DC切換穩(wěn)壓器各具備35億美元的市場(chǎng)潛力外，可編程電源管理產(chǎn)品前景更是不容小覷，目前已有超過(guò)一百家以上的x86及安謀國(guó)際（ARM）架構(gòu)的伺服器、基地臺(tái)、影像監(jiān)控（Video Surveillance）及家庭閘道（Home Gateway）業(yè)者看好可編程電源IC低成本、高整合度的優(yōu)勢(shì)，將其大量導(dǎo)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

　　Lougheed分析，電源管理市場(chǎng)正掀動(dòng)一股產(chǎn)業(yè)變化，為可編程電源管理方案帶來(lái)快速成長(zhǎng)的契機(jī)，包括智慧電源供應(yīng)（Intelligent Power Supply）以及模組電源（Module Power）等需求皆迅速增加。

　　以智慧電源供應(yīng)需求為例，電源監(jiān)控方案除須提升至系統(tǒng)層級(jí)外，尚須減少元件數(shù)量及整體電路板面積，以提高電源監(jiān)測(cè)可靠度。與此同時(shí)，電源監(jiān)控方案須支援多重關(guān)閉模式（Multiple Shutdown Modes）及動(dòng)態(tài)電壓規(guī)模（Dynamic Voltage Scaling），以避免多余電源浪費(fèi)情形。

　　Lougheed比較傳統(tǒng)類(lèi)比脈寬調(diào)變（PWM）以及可編程電源管理方案兩者的四通道方案元件顆數(shù)，前者需一百四十八顆、后者僅需三十三顆，可顯著減少電路板占位面積。

　　事實(shí)上，電源方案廠商若要在短時(shí)間內(nèi)針對(duì)企業(yè)、工業(yè)等各式不同應(yīng)用端設(shè)計(jì)產(chǎn)品，將傾向采用模組化的可編程電源管理方案，除可省卻重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的麻煩，亦可在伺服器、網(wǎng)路或通訊設(shè)備有限的空間中發(fā)揮電源管理方案的最大效益。

　　據(jù)了解，由于可編程電源管理市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿嫶?，因此EXAR除發(fā)表一系列切換控制器、線性穩(wěn)壓器外，更大規(guī)模投資多重輸出數(shù)字控制器（Multi Output Digital Controller）--PowerXR系列產(chǎn)品，欲于網(wǎng)路、電信、伺服器以及工業(yè)等各大應(yīng)用市場(chǎng)大顯身手。

　　同樣看好可編程電源管理市場(chǎng)前景，現(xiàn)場(chǎng)可編程閘陣列（FPGA）廠商賽靈思、Altera以及晶片大廠英特爾、飛思卡爾、博通（Broadcom）、超微 （AMD）等也已推出采用EXAR PowerXR方案的可編程電源管理參考設(shè)計(jì)，預(yù)備于未來(lái)幾年挾數(shù)字電源的可編程彈性大舉搶市。

　　值得一提的是，Altera為進(jìn)一步改善FPGA耗電表現(xiàn)，除與業(yè)界推出參考設(shè)計(jì)外，更于今年5月斥資1.4億美元并購(gòu)DC-DC電源晶片廠商Enpirion，并新增一系列高效率DC-DC電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品線--PowerSoC系列。

　　Enpirion電源專(zhuān)業(yè)發(fā)功　Altera優(yōu)化FPGA功耗

　　Altera已將電源方案整合至旗下FPGA參考設(shè)計(jì)，期提供客戶更高的FPGA電源轉(zhuǎn)換效率及更小的電路板面積，希望藉由高效率電源管理方案鞏固市場(chǎng)地位。

　　
圖4　Altera電源事業(yè)行銷(xiāo)總監(jiān)Mark Davidson指出，Altera最新
電源優(yōu)化參考設(shè)計(jì)讓客戶僅需簡(jiǎn)易三步驟即可完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

　　Altera 電源事業(yè)行銷(xiāo)總監(jiān)Mark Davidson（圖4）表示，電源管理設(shè)計(jì)對(duì)Altera客戶而言已成為決定產(chǎn)品成敗的重要關(guān)鍵，因此，該公司除針對(duì)成本、頻寬等不同需求推出各式復(fù)雜可程式邏輯元件（CPLD）及FPGA產(chǎn)品線外，更在并購(gòu)Enpirion后加入完整、易上手且高效率的電源解決方案，并使其與Altera旗下FPGA 產(chǎn)品搭配，為客戶提供更高產(chǎn)品附加價(jià)值，且讓客戶可于短時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出更高效能的系統(tǒng)。

　　Davidson強(qiáng)調(diào)，Altera除將持續(xù)提供自有的FPGA電源管理專(zhuān)業(yè)外，更將借力Enpirion獨(dú)特的DC-DC電源技術(shù)優(yōu)勢(shì)，包括先進(jìn)電源封裝（Advanced Power Packaging）、電磁工程（Magnetics Engineering）、高頻率切換（High Frequency Switching）等，并將上述優(yōu)勢(shì)的高整合PowerSoC系列產(chǎn)品與Altera旗下FPGA產(chǎn)品線進(jìn)一步結(jié)合，強(qiáng)化FPGA電源管理效能。

　　據(jù)了解，由于Enpirion的PowerSoC DC-DC電源轉(zhuǎn)換器在極小的封裝中整合控制器、高頻功率場(chǎng)效電晶體（High Frequency Power FET）以及數(shù)個(gè)電感器（Inductor），因而可以在理想的電路板占位面積中滿足FPGA電源動(dòng)態(tài)表現(xiàn)需求。與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手方案相較，Enpirion電源解決方案可協(xié)助FPGA電路板開(kāi)發(fā)商減少50%以上占位面積、提升35%整體系統(tǒng)電源表現(xiàn)效率（圖5）。

　　圖5　Enpirion電源管理方案將可提升Altera旗下FPGA的電源效率。

　　不僅如此，Enpirion電源解決方案的控制回路（Control Loop）可產(chǎn)生理想的暫態(tài)表現(xiàn)，因此Altera客戶可減少使用50%以上的大型解耦電容器（Bulk Decoupling Capacitor）顆數(shù)；另外，Altera亦利用本身專(zhuān)業(yè)，以高效率切換式穩(wěn)壓器（Switching Regulator）替代線性（Linear）調(diào)整方案，提供低噪（Low Noise）及高效率電力轉(zhuǎn)換器與鎖相回路（PLL）。綜合以上技術(shù)，Altera可協(xié)助客戶顯著減少元件顆數(shù)，并提供更高的產(chǎn)品可靠度以及延長(zhǎng)產(chǎn)品生命周期。

　　Altera約半年前并購(gòu)Enpirion后，于10月推出首款電源優(yōu)化FPGA參考設(shè)計(jì)，提供FPGA使用者及電路板開(kāi)發(fā)商一套完整（Turnkey）的電源解決方案。Altera首款參考設(shè)計(jì)將鎖定Cyclone V系統(tǒng)單晶片（SoC）系列，而第四季稍晚該公司亦將陸續(xù)發(fā)表Stratix V、Arria V與Cyclone V FPGA系列電源優(yōu)化參考設(shè)計(jì)，而上述產(chǎn)品皆基于28奈米（nm）制程生產(chǎn)；除此之外，2014年上半年Altera將進(jìn)一步發(fā)表針對(duì)28奈米制程產(chǎn)品電源優(yōu)化方案的完整開(kāi)發(fā)套件，協(xié)助客戶大幅縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　業(yè)界透過(guò)并購(gòu)案強(qiáng)化數(shù)字電源管理技術(shù)能力的廠商不只一家，戴樂(lè)格 （Dialog）今年7月并購(gòu)交流對(duì)直流（AC-DC）數(shù)字電源管理IC商iWatt后，也展開(kāi)一連串的市場(chǎng)拓展動(dòng)作，期利用iWatt既有的AC-DC 電源管理技術(shù)、專(zhuān)利及LED專(zhuān)業(yè)，于數(shù)字電源管理市場(chǎng)大舉攻城掠地。

　　Dialog展現(xiàn)并購(gòu)成效　數(shù)字電源市場(chǎng)火力全開(kāi)

　　
圖6　戴樂(lè)格電源轉(zhuǎn)換事業(yè)部門(mén)行銷(xiāo)副總裁
Scott Brown認(rèn)為，歐洲跟美國(guó)的能源相關(guān)政策日益嚴(yán)苛，因而LED照明市場(chǎng)后市可期。

　　戴樂(lè)格電源轉(zhuǎn)換事業(yè)部門(mén)（Power Conversion Business Group）行銷(xiāo)副總裁Scott Brown（圖6）表示，并購(gòu)iWatt后，戴樂(lè)格將可以跨足兩大市場(chǎng)--數(shù)字電源AC-DC晶片及LED相關(guān)晶片，藉此強(qiáng)化戴樂(lè)格于可攜式裝置市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，并由LED市場(chǎng)開(kāi)拓新的營(yíng)收來(lái)源，預(yù)估戴樂(lè)格將可于2015年收割并購(gòu)案成果，獲得潛在的18？59億美元可觀收入。

　　Brown 進(jìn)一步指出，雙方技術(shù)在這幾個(gè)月的整合后，戴樂(lè)格的電源管理IC已可與電源轉(zhuǎn)換事業(yè)部門(mén)（原iWatt）的AC-DC電源轉(zhuǎn)換器（Adapter）通訊，可望加速行動(dòng)裝置充電效率。此外，戴樂(lè)格也將由智慧型手機(jī)及平板電腦電源管理市場(chǎng)跨足Ultrabook電源轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)，并增加一系列的LED固態(tài)照明 （SSL）、LED背光（Backlight）產(chǎn)品，使其市場(chǎng)版圖更為全面（圖7）。

　　圖7　Dialog并購(gòu)iWatt之后，可將商業(yè)觸角延伸至更多的應(yīng)用領(lǐng)域中。

　　據(jù)了解，在這宗高達(dá)3.1億美元的并購(gòu)案中，戴樂(lè)格可借助iWatt數(shù)字電源管理技術(shù)優(yōu)勢(shì)，協(xié)助客戶設(shè)計(jì)出較采用傳統(tǒng)類(lèi)比式電源管理IC更低待機(jī)功耗的產(chǎn)品，同時(shí)降低物料清單（BOM）成本。目前戴樂(lè)格已在AC-DC電源變壓器、LED照明、電視背光市場(chǎng)大有斬獲，接下來(lái)將瞄準(zhǔn)機(jī)上盒（STB）、家庭閘道、家電、工業(yè)等應(yīng)用市場(chǎng)推出對(duì)應(yīng)的數(shù)字電源管理方案。

　　以AC-DC電源轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)為例，戴樂(lè)格可以iWatt的 PrimAccurate一次側(cè)控制（Primary Side Control）專(zhuān)利，采用iWatt特有數(shù)字演算法設(shè)計(jì)Ultrabook變壓器，讓工程師毋須設(shè)計(jì)二次側(cè)穩(wěn)壓器及光電隔離器（Opto- isolator）空間，因而可將變壓器尺寸縮小三分之一以上；目前戴樂(lè)格已與英特爾（Intel）展開(kāi)合作，針對(duì)第三代Ultrabook設(shè)計(jì)一系列 Ultra-Slim電源變壓器，預(yù)計(jì)明年將可看到更多高階Ultrabook采用此類(lèi)輕薄變壓器。

　　至于LED應(yīng)用市場(chǎng)，戴樂(lè)格在8 月已發(fā)布針對(duì)商業(yè)照明市場(chǎng)的LED驅(qū)動(dòng)IC，以單一顆IC整合升壓型轉(zhuǎn)換器（Boost Converter）及返馳式轉(zhuǎn)換器（Flyback Converter），以高性價(jià)比訴求瞄準(zhǔn)非調(diào)光（Non-dimmable）、商業(yè)照明筒燈（Downlight）、PAR燈等具高成本壓力的市場(chǎng)。

　　不僅如此，戴樂(lè)格于10月中亦針對(duì)液晶顯示器（LCD）電視LED背光市場(chǎng)發(fā)表十六通道LED驅(qū)動(dòng)方案，協(xié)助原始設(shè)備制造商（OEM）減少電視動(dòng)態(tài)模糊（Motion Blur）、提高畫(huà)面對(duì)比度，而這也是戴樂(lè)格首度跨入LCD電視背光電源管理市場(chǎng)的攻勢(shì)之一。

　　展望未來(lái)，數(shù)字電源管理IC將擔(dān)當(dāng)高標(biāo)準(zhǔn)把關(guān)電子零組件、系統(tǒng)乃至整體企業(yè)、家庭電力消耗的重要角色，因此半導(dǎo)體廠商皆已加速研發(fā)具備更高彈性及更低成本的數(shù)字電源管理方案，欲卯足全力插旗具備高成長(zhǎng)動(dòng)能的能源管理疆土。