對(duì)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算設(shè)備的印刷電路板（PCB）進(jìn)行更多處理始終是“處理能力與功率”悖論。與上一代器件相比，較新的集成電路（IC）設(shè)計(jì)在相同空間內(nèi)的處理能力提高了許多倍。這種增強(qiáng)的功能可實(shí)現(xiàn)高性能產(chǎn)品，例如具有額外交換容量的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）交換機(jī)或具有更快吞吐量的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）設(shè)備。然而，更高的處理能力也可能意味著更高的功率要求，IC和功率模塊都使用更多的PCB空間。

設(shè)計(jì)人員如何通過增加處理能力的需求來恢復(fù)因電源需求增加而丟失的電路板空間，在GE，我們使用我們稱之為負(fù)空間設(shè)計(jì)的原則來研究這些挑戰(zhàn)的解決方案。

負(fù)空間設(shè)計(jì)（DITNS）著眼于減少電源模塊“足跡”的多種工程方法在印刷電路板上。例如，在降低高度的同時(shí)使電源模塊更加密集，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⑺鼈兎胖迷谝郧盁o法使用的空間中。我們看到這種方法與GE的低高度SlimLynx?系列負(fù)載點(diǎn)（POL）或DC/DC轉(zhuǎn)換器一起使用，這些電源模塊可以安裝在夾層板下面，也可以放在電路板的背面，為更高的組件釋放頂板空間。 （見圖1）

圖1：將GE的SlimLynx?放置在印刷電路板下。

另一種DITNS方法是在同一電源包中包含更多功能。例如，GE的雙輸出功率模塊DualDLynx?（多輸出MicroDLynx?器件）在單個(gè)封裝中提供2 x 6安培或2 x 12安培輸出，同時(shí)保持兩個(gè)獨(dú)立輸出的獨(dú)立控制功能，同時(shí)適用于比兩個(gè)獨(dú)立模塊小25％的空間。 （見圖2）

圖2：回收電源模塊之間“無法使用”的空間。

電路板設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)許多現(xiàn)代集成電路的動(dòng)態(tài)負(fù)載要求或瞬態(tài)性能越來越高，因?yàn)楣╇婋妷涸絹碓降停琁C電流越來越高，以支持更高的處理能力。 GE的專利Tunable Loop?技術(shù)能夠以最少的輸出電容滿足嚴(yán)格的目標(biāo)瞬態(tài)規(guī)范（圖3），再次節(jié)省了寶貴的電路板空間。

圖3：對(duì)于帶有和不帶Tunable Loop?的40 A模塊，瞬態(tài)負(fù)載電流為10 A與外部電容的輸出電壓偏差。

負(fù)極的另一種設(shè)計(jì)空間方法圍繞著增加數(shù)字電源的使用。在過去的十年中，電源管理總線（PMBus）的廣泛采用使得電路板設(shè)計(jì)人員能夠“智能”地控制和監(jiān)控電路板上的電源。由于大多數(shù)主板已經(jīng)具有某種主機(jī)控制器，因此通過PMBus添加功率控制功能是一個(gè)簡單的擴(kuò)展。 GE的數(shù)字DLynx DC/DC轉(zhuǎn)換器系列是第一款支持PMBus數(shù)字功能的主流POL產(chǎn)品。這使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒖刂坪?a target="_blank">接口功能從硬件轉(zhuǎn)移到軟件中，從而釋放通常由這些分立電路功能占用的電路板空間。 DLynx系列還使設(shè)計(jì)人員能夠在相同的占位面積內(nèi)提供模擬和數(shù)字POL模塊，同時(shí)保持相同的基本功率，從而優(yōu)雅地過渡到數(shù)字電源。

數(shù)字電源的應(yīng)用也為電源設(shè)計(jì)人員提供了能夠更好地監(jiān)控和控制電路行為。特別是，通過高性能IC負(fù)載，輸出電壓的高精度控制，電流，電壓和溫度的精確數(shù)字遙測(cè)，以及調(diào)整警告和關(guān)閉限制的能力，有助于設(shè)計(jì)人員優(yōu)化電路以提高性能并通過避免成本來降低成本過度指定組件。它還通過提供易于使用的擴(kuò)展監(jiān)控和記錄功能來促進(jìn)開發(fā)過程。在正常和故障恢復(fù)狀態(tài)下更好地理解電路行為的能力允許原型之間以及從一代產(chǎn)品到下一代產(chǎn)品的快速開發(fā)。

特別是在具有多個(gè)電壓軌的復(fù)雜電源設(shè)計(jì)中，數(shù)字電源可以大大減少開發(fā)時(shí)間通過提供靈活的電源管理功能，如電壓設(shè)置，裕度，故障限制，排序等。在許多情況下，如果沒有數(shù)字控制，電力工程師可能不得不進(jìn)行組件更改甚至構(gòu)建另一個(gè)原型，從而增加了大量的時(shí)間和成本最后，數(shù)字控制允許通過使用高分辨率數(shù)字電壓調(diào)整來更嚴(yán)格地控制輸出電壓，例如，消除制造校準(zhǔn)期間由正常元件容差引起的變化。 GE將這種方法用于我們的許多電源模塊，并與其他電路板設(shè)計(jì)人員和制造商共享這種數(shù)字調(diào)整功能。

面對(duì)電路板設(shè)計(jì)中不斷增長的“容量與功耗”挑戰(zhàn)，電力工程師現(xiàn)在可以利用一系列負(fù)空間設(shè)計(jì)方法，以及一系列新的數(shù)字電源設(shè)計(jì)工具和技術(shù)。