今年10月，***油電雙漲政策為民生帶來不小沖擊，民眾無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，若將場景轉移至美國科技重鎮--矽谷，半導體廠商亦不約而同地看見全球對于能源意識的轉變，遂加速研發更精準監測電力的數字電源管理積體電路（IC），此舉不僅將進一步降低半導體元件耗電，更可以提供客戶具備更高調整彈性的供電方案，其中，數字電源系統管理（Digital Power System Management， PSM）技術將成為提高半導體元件能源使用效率的重要關鍵。

　　精準監控電流/電壓　數字電源管理需求看漲

　　過往工程師在開發電子元件時若須調整元件電源效率，往往須大費周章調整電路板，因此業界提出數字電源系統管理技術，協助元件開發商在短時間內以數字介面監測、修改元件參數（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品行銷經理Afshin Odabaee表示，
數字電源管理技術將有助于資料中心廠商精準監控電力使用情形。

　　凌力爾特（Linear Technology） μModule電源產品行銷經理Afshin Odabaee（圖1）表示，伺服器從元件、電路板至系統整體的耗電變化已成為資料中心可靠度的重要指標，不過，要減少整體電力消耗則須精準觀察每個層級的用電量（圖2）。數字電源系統管理技術能透過數字匯流排（Digital Bus）提供設計人員重要的電源相關數據，包括負載電流、輸入電流、輸出電壓、運算電力消耗、整體效率以及其他電源管理參數等。

　　圖2　數字電源系統管理技術將層層把關電源消耗情形。

　　Odabaee進一步指出，與傳統負載點（Point of Load， POL）轉換器相較，數字電源系統管理技術能提供三大優勢，包括電壓優化（Voltage Optimization）、動態控制電壓輸出以及系統級的電力監控。

　　關于電壓優化特色，Odabaee分析，由于電壓輸出精準度對特定應用積體電路（ASIC）及現場可編程閘陣列（FPGA）供電而言至關重要，但傳統電源供應輸出電壓在溫度變化時容易產生飄移（Drift），并可能破壞整體設計。數字電源系統管理技術則能持續地以高精度及可靠的類比數字轉換器（ADC）量測電壓輸出情形。與此同時，時間伺服回路（Time Servo Loop）將自動調整修正數字類比轉換器（Trim DAC）值，藉此消除輸出電壓偏移情形，改善供電精準度。

　　另一方面，數字電源系統管理技術還能動態控制輸出電壓。傳統電源供應電壓通常系固定的，且無法簡單地改變；數字電源系統管理方案將可透過雙線（2-wire）數字介面，調整1毫伏特（mV）以下的電源變化，工程師可輕松地以此調整系統效能、最小化能源浪費。

　　事實上，數字電源系統管理技術最重要的功能系系統級電源監控。傳統電源供應方案中，電源監控功能往往被分開放至直流對直流（DC-DC）穩壓器 （Regulator）上，僅有部分過電壓/低電壓（OV/UV）以及過電流（OC）錯誤可被偵測并傳送至主控制器中；數字電源系統管理技術的電源監控則系內建功能且可編程。數字電源系統管理技術可計算電壓/電流錯誤與高精度電壓、電流及溫度等變化關聯情形，并儲存于內部非揮發性記憶體，以進一步除錯，并且分析根本肇因。

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

　　事實上，除透過數字電源系統管理技術確保能源效率外，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整空間，且可減少電阻、電容元件的使用顆數，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計，欲搶先卡位高達1.5億美元的潛在市場（TAM）。

　　具動態調節優勢　可編程PMIC前景可期

　　
圖3　EXAR電源管理與AMS副總裁James Lougheed認為，
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的一大類別。

　　EXAR 電源管理與類比混合訊號（AMS）副總裁James Lougheed（圖3）表示，整體電源管理市場產值正明顯躍升，除線性產品與非獨立式DC-DC切換穩壓器各具備35億美元的市場潛力外，可編程電源管理產品前景更是不容小覷，目前已有超過一百家以上的x86及安謀國際（ARM）架構的伺服器、基地臺、影像監控（Video Surveillance）及家庭閘道（Home Gateway）業者看好可編程電源IC低成本、高整合度的優勢，將其大量導入產品設計中。

　　Lougheed分析，電源管理市場正掀動一股產業變化，為可編程電源管理方案帶來快速成長的契機，包括智慧電源供應（Intelligent Power Supply）以及模組電源（Module Power）等需求皆迅速增加。

　　以智慧電源供應需求為例，電源監控方案除須提升至系統層級外，尚須減少元件數量及整體電路板面積，以提高電源監測可靠度。與此同時，電源監控方案須支援多重關閉模式（Multiple Shutdown Modes）及動態電壓規模（Dynamic Voltage Scaling），以避免多余電源浪費情形。

　　Lougheed比較傳統類比脈寬調變（PWM）以及可編程電源管理方案兩者的四通道方案元件顆數，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。

　　事實上，電源方案廠商若要在短時間內針對企業、工業等各式不同應用端設計產品，將傾向采用模組化的可編程電源管理方案，除可省卻重新設計系統的麻煩，亦可在伺服器、網路或通訊設備有限的空間中發揮電源管理方案的最大效益。

　　據了解，由于可編程電源管理市場發展潛力龐大，因此EXAR除發表一系列切換控制器、線性穩壓器外，更大規模投資多重輸出數字控制器（Multi Output Digital Controller）--PowerXR系列產品，欲于網路、電信、伺服器以及工業等各大應用市場大顯身手。

　　同樣看好可編程電源管理市場前景，現場可編程閘陣列（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計，預備于未來幾年挾數字電源的可編程彈性大舉搶市。

　　值得一提的是，Altera為進一步改善FPGA耗電表現，除與業界推出參考設計外，更于今年5月斥資1.4億美元并購DC-DC電源晶片廠商Enpirion，并新增一系列高效率DC-DC電源轉換產品線--PowerSoC系列。

　　Enpirion電源專業發功　Altera優化FPGA功耗

　　Altera已將電源方案整合至旗下FPGA參考設計，期提供客戶更高的FPGA電源轉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地位。

　　
圖4　Altera電源事業行銷總監Mark Davidson指出，Altera最新
電源優化參考設計讓客戶僅需簡易三步驟即可完成產品設計。

　　Altera 電源事業行銷總監Mark Davidson（圖4）表示，電源管理設計對Altera客戶而言已成為決定產品成敗的重要關鍵，因此，該公司除針對成本、頻寬等不同需求推出各式復雜可程式邏輯元件（CPLD）及FPGA產品線外，更在并購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 產品搭配，為客戶提供更高產品附加價值，且讓客戶可于短時間內設計出更高效能的系統。

　　Davidson強調，Altera除將持續提供自有的FPGA電源管理專業外，更將借力Enpirion獨特的DC-DC電源技術優勢，包括先進電源封裝（Advanced Power Packaging）、電磁工程（Magnetics Engineering）、高頻率切換（High Frequency Switching）等，并將上述優勢的高整合PowerSoC系列產品與Altera旗下FPGA產品線進一步結合，強化FPGA電源管理效能。

　　據了解，由于Enpirion的PowerSoC DC-DC電源轉換器在極小的封裝中整合控制器、高頻功率場效電晶體（High Frequency Power FET）以及數個電感器（Inductor），因而可以在理想的電路板占位面積中滿足FPGA電源動態表現需求。與競爭對手方案相較，Enpirion電源解決方案可協助FPGA電路板開發商減少50%以上占位面積、提升35%整體系統電源表現效率（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）可產生理想的暫態表現，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；另外，Altera亦利用本身專業，以高效率切換式穩壓器（Switching Regulator）替代線性（Linear）調整方案，提供低噪（Low Noise）及高效率電力轉換器與鎖相回路（PLL）。綜合以上技術，Altera可協助客戶顯著減少元件顆數，并提供更高的產品可靠度以及延長產品生命周期。

　　Altera約半年前并購Enpirion后，于10月推出首款電源優化FPGA參考設計，提供FPGA使用者及電路板開發商一套完整（Turnkey）的電源解決方案。Altera首款參考設計將鎖定Cyclone V系統單晶片（SoC）系列，而第四季稍晚該公司亦將陸續發表Stratix V、Arria V與Cyclone V FPGA系列電源優化參考設計，而上述產品皆基于28奈米（nm）制程生產；除此之外，2014年上半年Altera將進一步發表針對28奈米制程產品電源優化方案的完整開發套件，協助客戶大幅縮短系統開發時間。

　　業界透過并購案強化數字電源管理技術能力的廠商不只一家，戴樂格 （Dialog）今年7月并購交流對直流（AC-DC）數字電源管理IC商iWatt后，也展開一連串的市場拓展動作，期利用iWatt既有的AC-DC 電源管理技術、專利及LED專業，于數字電源管理市場大舉攻城掠地。

　　Dialog展現并購成效　數字電源市場火力全開

　　
圖6　戴樂格電源轉換事業部門行銷副總裁
Scott Brown認為，歐洲跟美國的能源相關政策日益嚴苛，因而LED照明市場后市可期。

　　戴樂格電源轉換事業部門（Power Conversion Business Group）行銷副總裁Scott Brown（圖6）表示，并購iWatt后，戴樂格將可以跨足兩大市場--數字電源AC-DC晶片及LED相關晶片，藉此強化戴樂格于可攜式裝置市場的競爭力，并由LED市場開拓新的營收來源，預估戴樂格將可于2015年收割并購案成果，獲得潛在的18？59億美元可觀收入。

　　Brown 進一步指出，雙方技術在這幾個月的整合后，戴樂格的電源管理IC已可與電源轉換事業部門（原iWatt）的AC-DC電源轉換器（Adapter）通訊，可望加速行動裝置充電效率。此外，戴樂格也將由智慧型手機及平板電腦電源管理市場跨足Ultrabook電源轉換器市場，并增加一系列的LED固態照明 （SSL）、LED背光（Backlight）產品，使其市場版圖更為全面（圖7）。

　　圖7　Dialog并購iWatt之后，可將商業觸角延伸至更多的應用領域中。

　　據了解，在這宗高達3.1億美元的并購案中，戴樂格可借助iWatt數字電源管理技術優勢，協助客戶設計出較采用傳統類比式電源管理IC更低待機功耗的產品，同時降低物料清單（BOM）成本。目前戴樂格已在AC-DC電源變壓器、LED照明、電視背光市場大有斬獲，接下來將瞄準機上盒（STB）、家庭閘道、家電、工業等應用市場推出對應的數字電源管理方案。

　　以AC-DC電源轉換器市場為例，戴樂格可以iWatt的 PrimAccurate一次側控制（Primary Side Control）專利，采用iWatt特有數字演算法設計Ultrabook變壓器，讓工程師毋須設計二次側穩壓器及光電隔離器（Opto- isolator）空間，因而可將變壓器尺寸縮小三分之一以上；目前戴樂格已與英特爾（Intel）展開合作，針對第三代Ultrabook設計一系列 Ultra-Slim電源變壓器，預計明年將可看到更多高階Ultrabook采用此類輕薄變壓器。

　　至于LED應用市場，戴樂格在8 月已發布針對商業照明市場的LED驅動IC，以單一顆IC整合升壓型轉換器（Boost Converter）及返馳式轉換器（Flyback Converter），以高性價比訴求瞄準非調光（Non-dimmable）、商業照明筒燈（Downlight）、PAR燈等具高成本壓力的市場。

　　不僅如此，戴樂格于10月中亦針對液晶顯示器（LCD）電視LED背光市場發表十六通道LED驅動方案，協助原始設備制造商（OEM）減少電視動態模糊（Motion Blur）、提高畫面對比度，而這也是戴樂格首度跨入LCD電視背光電源管理市場的攻勢之一。

　　展望未來，數字電源管理IC將擔當高標準把關電子零組件、系統乃至整體企業、家庭電力消耗的重要角色，因此半導體廠商皆已加速研發具備更高彈性及更低成本的數字電源管理方案，欲卯足全力插旗具備高成長動能的能源管理疆土。