受訪者：王紹奎, Project Associate Manager of SAI PLM/R&D Hardware Development

在高速運(yùn)算與智慧應(yīng)用的時(shí)代，電源管理的穩(wěn)定性與精度已成為系統(tǒng)效能的核心基石。無論是 AI 加速器、FPGA、ASIC，還是高速儲(chǔ)存設(shè)備，對(duì)于電源輸出電壓的要求越來越嚴(yán)苛。傳統(tǒng)透過更換分壓電阻來調(diào)整電壓的方法，不僅效率低下，也缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的彈性。

面對(duì)這樣的挑戰(zhàn)，環(huán)旭電子的開發(fā)團(tuán)隊(duì)提出全新的 「數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC） 控制電源轉(zhuǎn)換晶片偏壓電流解決方案」。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)不僅解決了精度、穩(wěn)定性與靈活度的問題，更帶來了自動(dòng)化與遠(yuǎn)端控制的能力，為新世代電子系統(tǒng)提供了更高的設(shè)計(jì)自由度與可靠性。

傳統(tǒng)電源調(diào)整已難以滿足現(xiàn)代應(yīng)用

傳統(tǒng)的電壓調(diào)整方式，主要依靠更換電阻來設(shè)定固定的輸出電壓。雖然簡(jiǎn)單，但存在幾個(gè)關(guān)鍵痛點(diǎn)：

缺乏靈活性：每次調(diào)整都需要重新焊接或切換電阻，流程繁瑣且耗時(shí)。

精度受限：受限于電阻的誤差（常見 ±1%），實(shí)際輸出與理論設(shè)計(jì)值之間往往存在偏差。

溫漂問題：電阻受溫度影響明顯，容易導(dǎo)致電壓偏移，影響整體穩(wěn)定度。

無法自動(dòng)化：在需要大量測(cè)試或不同電壓模式切換時(shí)，傳統(tǒng)方式幾乎無法支援遠(yuǎn)端或程式化操作。

簡(jiǎn)而言之，在這樣的背景下，對(duì)于需要高效能電源管理的應(yīng)用（如 SSD、伺服器、通訊設(shè)備），傳統(tǒng)方案已經(jīng)難以滿足需求。這正是我們開發(fā)數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC）控制方案的契機(jī)。

智慧電源的關(guān)鍵突破：數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC）控制偏壓電流

解決方案核心在于引入數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC），透過程式化方式精準(zhǔn)輸出電流，動(dòng)態(tài)調(diào)整電源轉(zhuǎn)換晶片的反饋電壓。這種方法有兩種典型實(shí)現(xiàn)方式：

方式一：DAC 注入反饋 （FB）節(jié)點(diǎn)

透過 DAC 輸出的電流直接作用在反饋分壓網(wǎng)路上，達(dá)到微調(diào)輸出電壓的效果。

方式二：DAC 調(diào)整參考電壓（VREF）

若晶片支援外部參考電壓輸入，可直接以 DAC 輸出取代內(nèi)建 VREF，實(shí)現(xiàn)更大范圍的電壓調(diào)整。

在此架構(gòu)下，開發(fā)團(tuán)隊(duì)選用了 MAXIM DS4424 電流型數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC），它具備：

7 位以上解析度，提供細(xì)致的電壓步進(jìn)調(diào)整能力

I2C 介面，便于與 MCU 整合，支援遠(yuǎn)端與自動(dòng)化控制

多通道設(shè)計(jì)，可同時(shí)調(diào)整多路電源，適合復(fù)雜系統(tǒng)環(huán)境

透過 DS4424 的可程式化電流輸出，工程師可以在 ±11% 的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)且高精度的電壓拉偏（Margining），不再受制于傳統(tǒng)電阻切換方式的限制。

實(shí)際應(yīng)用案例：U.2 SSD 測(cè)試平臺(tái)

為了驗(yàn)證方案的效能，開發(fā)團(tuán)隊(duì)在 U.2 SSD 測(cè)試平臺(tái) 上進(jìn)行了應(yīng)用。開發(fā)設(shè)定的需求：

1)輸出電壓：12V ± 10%

2)使用 DAC 動(dòng)態(tài)調(diào)整，支援 10.8V 至 13.2V 的范圍

3)由 MCU 根據(jù)電源檢測(cè)器回饋，自動(dòng)修正輸出電壓

Fig.1 應(yīng)用電路

在實(shí)作中，開發(fā)團(tuán)隊(duì)巧妙地將 DS4424 的不同通道用于粗調(diào)與細(xì)調(diào)：

OUT0 粗調(diào)：每步進(jìn)約 11.38mV

OUT2 細(xì)調(diào)：每步進(jìn)約 5.97mV

測(cè)試成果：

電壓調(diào)整誤差遠(yuǎn)小于 1%

測(cè)試時(shí)間從傳統(tǒng) rework（更換電阻）縮短為 1 秒完成調(diào)整

適合大量 SSD 測(cè)試流程，節(jié)省成本與時(shí)間

透過這樣的組合設(shè)計(jì)，不僅滿足了 SSD 測(cè)試的 ±10% 拉偏需求，還能確保調(diào)整精度誤差低于 1%。這對(duì)需要反復(fù)進(jìn)行壓力測(cè)試與可靠度驗(yàn)證的 SSD 制造業(yè)者而言，大幅降低了測(cè)試成本與時(shí)間。

Fig.2 實(shí)測(cè)結(jié)果

一張表看懂差異，為什么 DAC 方案更優(yōu)勢(shì)？

我們比較了 DAC 方案與傳統(tǒng)分壓電阻方式。相比于改變分壓電阻來調(diào)整輸出電壓，DAC 方案在調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)方式、自動(dòng)化支持及溫漂影響等方面表現(xiàn)不同。

Fig.3 DAC 方案 vs 傳統(tǒng)分壓電阻方案

當(dāng)然DAC方案在成本、占用面積及設(shè)計(jì)復(fù)雜度方面也存在一定的弱勢(shì)，但整體在靈活性、精度與智能化上的價(jià)值，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方案，尤其適合高端電子應(yīng)用。

Fig.4 DAC 方案 vs 傳統(tǒng)分壓電阻方案

超越測(cè)試數(shù)據(jù)，DAC方案的真正影響力

綜觀所有前述的開發(fā)實(shí)例，DAC 偏壓電流解決方案能帶來幾項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)化：

靈活度高：在復(fù)雜的電源系統(tǒng)中，往往需要同時(shí)對(duì)多路電壓進(jìn)行偏壓測(cè)試。傳統(tǒng)更換分壓電阻的方式，不僅耗時(shí)，還需大量 rework 工作；而透過 DAC 方案，只需透過軟體控制，即可在 1 秒內(nèi)完成調(diào)整，大幅提升效率。

精準(zhǔn)調(diào)校：常用的碳膜電阻存在誤差范圍（例如 ±1%），容易導(dǎo)致實(shí)際輸出電壓與理論設(shè)計(jì)值出現(xiàn)偏差。而 DAC 方案則可藉由回授補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，確保輸出電壓的精確度與一致性。

彈性調(diào)節(jié)：傳統(tǒng)分壓電阻方式每組電阻僅能對(duì)應(yīng)單一電壓值，缺乏彈性。反之，DAC 方案可在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)（±11%）實(shí)現(xiàn)連續(xù)且可控的電壓調(diào)整，滿足多樣化應(yīng)用需求。

支援自動(dòng)化：傳統(tǒng)方法若要改變電壓，必須在 PCB 上重新更換電阻，操作繁瑣且不可程式化；而 DAC 方案則能透過遠(yuǎn)端命令直接調(diào)整，不僅支援自動(dòng)化測(cè)試，也能更輕松整合至智慧化系統(tǒng)中。

電源管理是一個(gè)常被忽視，卻決定系統(tǒng)效能上限的關(guān)鍵。環(huán)旭電子透過 DAC 控制偏壓電流的創(chuàng)新方案，不僅打破了傳統(tǒng)分壓電阻的限制，更實(shí)現(xiàn)了高精準(zhǔn)、可程式化、智能化的新世代電源調(diào)整方式，讓電壓調(diào)整從被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，從硬體轉(zhuǎn)為軟體。

這不僅符合高性能應(yīng)用對(duì)精度與靈活度的需求，更為未來智慧化電源管理奠定基礎(chǔ)。在高速發(fā)展的數(shù)位時(shí)代，唯有兼顧靈活性與精度，才能真正迎合市場(chǎng)需求。USI開發(fā)團(tuán)隊(duì)所提出的，正是最佳答案。