【導讀】如今電信和數(shù)據(jù)通信領域里，高效48V中間總線的應用越來越廣泛，標準1/4磚尺寸的熱插拔DC-DC轉換器也成了主流之選，而集成PMBus接口、帶有可靠保護電路的數(shù)字化電源管理系統(tǒng)，也慢慢成了行業(yè)里的必備要求。以ADI旗下LTC2971電源系統(tǒng)管理器（PSM）為核心研究對象，系統(tǒng)闡釋其與1/4磚解決方案的適配機理及核心需求響應路徑。
本文也將從精準遙測、數(shù)字化時序控制、故障管理及PMBus集成等關鍵維度，深入解析該器件與1/4磚轉換器的集成邏輯、技術優(yōu)勢，并結合具體參考設計與實施驗證結果，完整呈現(xiàn)數(shù)字化電源管理方案在提升系統(tǒng)可靠性、靈活性與效率上的核心價值，為相關領域設計人員提供兼具理論指導與實踐參考的技術方案解讀。
電信和數(shù)據(jù)通信電源系統(tǒng)越來越依賴高效的48 V中間總線，并越來越多地使用標準1/4磚(QB)尺寸的熱插拔DC-DC轉換器。隨著新興行業(yè)標準的出臺，集成PMBus?接口并配備穩(wěn)健的保護電路已成為強制性要求。這清晰地表明，機架服務器和網(wǎng)絡設備正全面轉向數(shù)字化管理的電源系統(tǒng)。
LTC2971非常適合滿足這些要求。它可對-60 V到+60 V的兩個穩(wěn)壓軌進行時序控制和調整，實現(xiàn)可編程故障響應，并將關鍵事件記錄到片上EEPROM。它原生集成了PMBus接口，支持與標準系統(tǒng)監(jiān)測架構無縫集成；同時，它具有數(shù)字電源系統(tǒng)管理(DPSM)功能，包括時序控制、裕量測試、故障檢測和遙測，如今已是復雜電源平臺必不可少的能力。憑借內部EEPROM和獨立看門狗，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)自主運行，有效減少主機干預，從而提升整體可靠性。
1/4磚解決方案通常提供一個模擬調整輸入信號(VADJ)，用于微調電壓。這款PSM直接與RUN/ENABLE、VOUT_SNS/FB和溫度檢測引腳連接，而其ISENSE輸入可利用電感DCR或外部分流器來準確測量輸出電流。它具有精密VDAC輸出，支持通過電阻分壓器實現(xiàn)輸出電壓精細調整。在電源板上集成電源系統(tǒng)管理器(PSM)后，設計人員可通過PMBus對所有軌電壓、電流和板溫度進行集中式高精度數(shù)字遙測。相較于往往難以滿足數(shù)據(jù)中心嚴格性能要求的傳統(tǒng)模擬監(jiān)測解決方案，這種方案的精度和靈活性大幅提升。
1/4磚解決方案
2 kW 1/4磚解決方案1參考設計采用高可靠性四相架構，利用ADI最新的DC-DC中間總線轉換器(IBC)和耦合電感實現(xiàn)出色的電源傳輸。集成的遙測功能可通過I2C/PMBus提供連續(xù)電壓監(jiān)測、快速故障檢測和實時配置。這款解決方案采用標準化尺寸設計，可無縫集成到各類客戶平臺中，有效提升系統(tǒng)的靈活性、效率和易用性。參見圖1。
圖1.1/4磚解決方案參考設計框圖，采用ADI的48 V IBC MAX17651和LTC2971
關于1/4磚解決方案的主要結論與集成需求
LTC2971與1/4磚轉換器的集成可帶來多項關鍵優(yōu)勢。
精準遙測
這款PSM通過高分辨率ADC來準確監(jiān)測電壓和溫度。在1/4磚電路板上，它報告的輸出電壓和溫度的精度在約±0.5-1.0%范圍內，因此設計人員能夠精準規(guī)劃功率預算。電壓、電流和溫度的可靠測量，讓工程師能夠深入了解解決方案在不同條件下的行為，進而在保障安全的前提下，充分挖掘性能潛力。工程師可以在EEPROM中寫入?yún)?shù)限值，并根據(jù)遙測數(shù)據(jù)微調警報閾值，從而確保解決方案始終以最高性能運行，同時避免觸發(fā)不必要的故障警報。參見圖2。
數(shù)字化控制和時序控制
數(shù)據(jù)中心的一項關鍵要求是上電時序必須精準，以確保1/4磚解決方案安全、可控、及時地為處理器供電。這款PSM實現(xiàn)了多電源軌啟動、關斷和電壓裕量微調的完全自動化，支持對所有電源軌進行基于時間的時序控制和跟蹤式時序控制。它還能級聯(lián)多個1/4磚解決方案，以實現(xiàn)可擴展設計。PSM DRV_EN/RUN和VOUT_EN參數(shù)，包括上電延遲、上升時間和時序控制策略，均可通過PMBus命令進行編程設置，確?；ミB電源軌始終以協(xié)調的方式上電和關斷。這種受控時序可使每次電源循環(huán)中的電壓過沖和下沖最小化，從而增強數(shù)據(jù)中心機架的可靠性。
圖2.LTC2971電壓、電流和溫度遙測表
故障管理
這款PSM的一個重要優(yōu)勢是具有穩(wěn)健的集成故障管理和事件日志記錄功能。針對電壓或溫度違規(guī)情況，可配置觸發(fā)鎖存關斷、自動重試或受控斜坡下降。值得注意的是，這款PSM會持續(xù)在RAM中緩沖狀態(tài)和遙測數(shù)據(jù)；一旦檢測到故障，它會自動將這些數(shù)據(jù)提交并保存到非易失性EEPROM中。這種“黑匣子”功能可保留故障時刻的電壓、電流和溫度的完整快照，為之后的精準根因分析提供可靠依據(jù)。如LTC2971數(shù)據(jù)手冊中的概念圖所示，當發(fā)生故障事件時，循環(huán)緩沖區(qū)內容會自動轉移到EEPROM。與基本的PMBus故障寄存器或外部看門狗不同，PSM會記錄完整的運行狀態(tài)，而不僅僅是標記錯誤。這些高級特性能夠增強1/4磚解決方案的可靠性，支持詳細的生命周期評估，并通過持續(xù)監(jiān)測和記錄來延長運行壽命。參見圖3。
圖3.LTC2971故障設置配置表
PMBus集成
數(shù)據(jù)中心規(guī)范要求具備穩(wěn)健的通信接口并支持PMBus協(xié)議。作為一款符合PMBus標準的器件，這款PSM遵循行業(yè)標準，可與現(xiàn)有系統(tǒng)管理平臺無縫集成。其狀態(tài)監(jiān)測和控制功能可通過標準PMBus命令使用，而且支持LTpowerPlay?以簡化配置。因此，設計團隊可以離線定義寄存器設置，如電壓軌、限值和時序，然后將其直接寫入EEPROM，從而顯著縮短開發(fā)時間。此外，這款PSM的雙向FAULTB引腳允許多個器件根據(jù)需要共享或隔離故障線路，有助于實現(xiàn)靈活的故障管理。總體而言，相較于純模擬解決方案，數(shù)字化控制能力（包括伺服調整和時序控制）為高級電源管理的實現(xiàn)提供了更高效的途徑。
實施結果
在1/4磚解決方案電路板上2，已證實這款PSM能夠可靠地對IBC的運行、輸入電壓和性能指標進行監(jiān)測。PMBus遙測保持穩(wěn)定，并與經(jīng)校準的臺式數(shù)字萬用表(DMM)測量結果一致。經(jīng)故障注入測試確認，這款PSM正確地關閉了故障通道，并在MFR_FAULT_LOG寄存器中準確記錄了相關事件。系統(tǒng)級驗證表明，集成的數(shù)字電源管理沒有引入額外的噪聲或不穩(wěn)定性，同時受控的軟啟動算法有效防止了柵極驅動器直通，使得輸出波形干凈穩(wěn)定。I2C接口支持100 kHz至400 kHz的可編程頻率范圍，能夠靈活適應不同通信要求。電壓和溫度讀數(shù)與手冊數(shù)據(jù)高度一致，誤差分別在±0.1%和±0.5%范圍內。參見圖4。
綜合這些結果可以看出，LTC2971通過提供高保真監(jiān)測、細粒度控制和詳細診斷數(shù)據(jù)，有效增強了1/4磚電源解決方案。憑借PMBus兼容性，它能夠用于最新電信系統(tǒng)，且?guī)缀醪粫龅交ゲ僮餍詥栴}。參見圖5。
圖4.適用于54 V轉12 V系統(tǒng)應用的ADI參考設計，連接到LTpowerPlay
圖5.適用于54 V轉12 V系統(tǒng)應用的ADI 1/4磚解決方案參考設計硬件
總結
電信與數(shù)據(jù)通信電源系統(tǒng)向全數(shù)字化轉型背景下，LTC2971與1/4磚轉換器的集成方案精準匹配領域對高效能、高可靠、可精細化管控電源系統(tǒng)的核心需求。該方案通過高保真遙測實現(xiàn)功率預算精準規(guī)劃，依托數(shù)字化時序控制保障多電源軌協(xié)同安全運行，憑借全鏈路故障管理與日志功能支撐運維及根因溯源，原生PMBus兼容性實現(xiàn)系統(tǒng)無縫互操作并縮短開發(fā)驗證周期。系統(tǒng)級實測表明，方案運行穩(wěn)定、測量精準、兼容性優(yōu)異，無額外噪聲與不穩(wěn)定性。該方案將持續(xù)賦能電信與數(shù)據(jù)中心電源技術升級，為高性能、高可靠電源系統(tǒng)工程實現(xiàn)提供關鍵支撐。
