数字电源概念从诞生之日起，就在支持和反对两种声音的争论中摸索前进，活跃在这一领域的IC供应商既有电源管理领域老牌厂商TI、NSC等，也有如Silicon Labs、Zilker Labs等后起之秀。尽管专注在模拟IC领域的一些厂商仍然坚信模拟芯片的未来空间不可侵犯，但在经历了近两年的摸索之后，一批热衷于数字电源的供应商在性价比/成本、解决方案及开发工具等方面不断取得新的突破，并逐渐进入到客户应用。
“很长一段时间以来，电源一直是通过模拟的方式来进行控制。然而最近，我们看到数字信号控制器已经进入市场，它能够对开关型电源实现完全的数字控制。”Microchip数字信号控制器部门战略市场总监Steve Marsh表示，“Microchip提出DSC(数字信号控制器)的概念，以MCU为中心并融合了DSP功能，支持单指令流，可以实现电源的全数字控制。”
Microchip凭借多年来在8位单片机市场的领导地位，拥有使用其8 位单片机进行电源设计的广泛客户群，这成为其进军数字电源领域的有力基础。与众多电源设计者沟通协作，便于Microchip从设计需求出发，推出更好的用于电源管理的产品。最近该公司推出了一系列16位器件的新产品，并把很多产品划分到了DSC范畴之内。其中，DSCPIC33F系列是用于高性能、高容量和高存储的DSC 产品，而DSPPIC30F系列是适用于小封装的器件，对于简单级别的应用有更高的性价比优势。所有这些器件都具有兼容性引脚、外设和软件，同时，可以使用原有8位单片机的开发工具，使已有客户继续沿用原来的工具进行新产品设计。
初识dsPIC DSC
DSC与原有单片机的不同之处就在于DSP资源的不同，DSC融合了MCU和DSP。作为单片机来说，它有多个累加器，而DSC还拥有原来DSP所具有的一切功能，包括位反转寻址、双操作数预取、2个40位累加器和单周期MAC。新品采用单指令流，在整个架构当中，它使用的是C语言编译器，所以编码非常有效。而原来的产品是有两个指令流的，一个用于DSP，一个用于单片机。图1所示为dsPIC DSC功能框图。
Microchip日前宣布了适用于通用、多回路开关电源(SMPS)和其他电源转换应用的16位DSC系列dsPIC30F1010和dsPIC30F2020/2023(dsPIC30F202X)。新器件具备分辨率为1ns的高速脉宽调制器(PWM)，以及可实现低延迟时间和高分辨率控制、每秒200万次采样的10位ADC。这些器件适用于AC/DC转换器、隔离式DC/DC电源转换器以及其他电源转换应用，如嵌入式电源控制器、逆变电源和不间断电源(UPS)等，可帮助设计人员有效地实现对产品进行全面数字控制。
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图1: dsPIC DSC功能框图 |
如今，MCU和DSP融合变得越来越普遍。“从客户的角度来说，其实他们并不想要DSP，但是他们想要DSP提供给他们的功能。比如说有人想要把应用运用到互联网上，在互联网上进行交流，或者想通过电话线来进行交流。而对于其他一些人，他们本身已经有了模拟的过滤器，但希望减少系统中的元件数量，就会用数字技术来帮助他们达到这一目的。在其他的一些应用中，人们会希望用DSP的指令来做更高级的算法，从而使他们的算法变得更加有效。”Marsh认为客户更多是需要DSP功能而排斥其带来的复杂性，“对于那些想要获得DSP功能的用户来说，我们给他提供的产品实际上可以让他丝毫都不意识到他在用DSP，但是却又具备DSP的功能。”
揭密dsPIC DSC SMPS系列结构
dsPIC DSC SMPS解决方案在某些应用实例中的成本和性能优势非常明显，如带多路输出、协调负载共享，热插拔能力、输出协调、集成功率因数校正或丰富故障处理的电源。dsPIC DSC SMPS系列结构框图见图2。
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图2：dsPIC DSC SMPS系列结构框图 |
dsPIC30F1010和dsPIC30F202X器件片内的PWM可提供1ns的占空比分辨率和7种工作模式，包括标准、互补、推挽和可变相位工作模式。10位ADC有多达12个输入通道和高达2MSPS的采样率。先进采样性能可以对4个采样/保持通道中的每个通道单独进行触发，并进行精确、唯一地定时或同步采样。
dsPIC30F1010器件具有6 KB的闪存和2个PWM发生器；dsPIC30F202X具有12 KB的闪存和 4个PWM发生器。该系列的所有器件都可在3.0V至5.5V电压范围内工作。其他功能还包括：片内高速模拟比较器(2个或4个)；5V下具有30MIPS性能；6mm×6mm的小型QFN封装；快速、确定的响应；扩展级工作温度范围(-45℃至125℃)；用于降低电磁干扰(EMI)的可选PWM抖动处理模式。
在开发工具方面，MPLAB集成开发环境(IDE)、MPLAB C30 C编译器、MPLAB SIM 30软件模拟器、MPLAB ICD 2在线调试器以及MPLAB可视化器件初始程序均支持dsPIC30F1010和dsPIC30F202X DSC。此外，Microchip 公司将提供dsPICDEMTM SMPS降压开发板(部件编号：DM300023)，来支持使用dsPIC30F1010和dsPIC202X器件进行开发。该开发板现在已提供给早期采用者。
dsPIC30F1010和dsPIC30F2020采用28引脚SOIC、SPDIP和QFN封装；dsPIC30F2023采用44引脚TQFP和QFN封装。目前某些器件已可提供样片给早期采用者，Microchip将于今年7月份全面提供样片，并于8月份批量供货，预计在今年9月份通过http://www.microchipdirect.com/接受该开发板的订货。另外，Microchip公司还推出了一个新的智能电源设计中心www.microchip.com/POWER。
Marsh先生表示，通过运行在DSC上的软件和高性能的集成外设可以实现对电源转换过程的全面控制，设计人员不再受模拟控制设计技术的限制，不必为适应元件变化而使用过大元件，也不再需要担忧元件漂移和温度补偿问题。由于设计人员通过软件而不是硬件实现产品的多样化，因此，极少的产品平台就可以满足更广泛的应用需求。除此之外，设计人员还可以通过新的数字拓扑结构以更加灵活的方式开发高功率密度和改善成本效益的电源产品。
走近全数字回路控制
以前的电源设计都是通过模拟形式进行控制。现在，随着单片机(MCU)在电源设计中的广泛应用，控制回路依然是以模拟的形式来控制。Marsh给出了一个四级渐进的数字集成设计，解释了MCU在电源设计中的应用。
第一级是开关控制，MCU仅提供一些包括软启动、排序和监控的简单功能，升级或扩展原有设计，由8位MCU实现。第二级是比例控制，MCU可以管理现有的电源，并扩展现有功能，需要侵入式访问内部信号，由8位或16位MCU/DSC实现。第三级是拓扑结构的控制，SMPS的功能模块作为MCU的外设，MCU可以对拓扑进行变换，由8位或16位MCU/DSC实现，但控制回路仍采用模拟设计，保持传统设计和功能。这三种数字集成应用已经非常普遍，而且在模拟回路控制方面，也是非常普遍的一些三级应用。
第四级则实现了全数字控制回路，它最大的特点就是完全通过固件形式来实现数字回路控制。对于DSC来说，只需要外接的功率驱动模块就可以实现全数字控制，可以为客户提供芯片数量少、可靠性高且低成本的解决方案。
全数字回路控制是否会完全取代前三级而在电源设计行业中发挥龙头作用？对此，Marsh表示：“模拟和数字将在一定的过渡期内并存，随着电源系统的性能和功率的不断提高，越来越多的控制要通过数字方式进行。” 他进一步指出，随着功率的逐渐提高，以模拟方式来实施大功率的成本也在逐渐提高，所以此时会考虑用数字方式来降低成本。
由图3可以看出，随着系统性能的不断提高，实现该性能所必需的元件数量和成本也会随之增加。当功率大到一定数值，用数字回路来控制可以提高产品的经济性。Marsh称：“我们认为现在所推出的产品主要用于高于100瓦特的电源中，对于低于100瓦特的应用不大可能，除非是一个非常复杂的电源。”
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图3:系统功率、性能提升对数字控制回路提出需求 |
