物聯(lián)網(wǎng)電力設(shè)計大不同 低雜訊高集成將成重點(diǎn)
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要透過大量的傳感器建置,以擷取設(shè)備數(shù)據(jù),透過傳輸讓上層平臺進(jìn)行分析,系統(tǒng)中的層層運(yùn)算,都需要一定的電力耗損,之前就有IT大廠曾指出,現(xiàn)在全球的電力供給量,將無法因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)普及后,密集感測與連網(wǎng)架構(gòu)所需的電力,而在物聯(lián)網(wǎng)與AI結(jié)合后,不管是上層云端平臺或具有邊緣運(yùn)算能力的底層設(shè)備,電力需求只會更高,因此除了效能考量外,電源管理也會是AIoT系統(tǒng)的設(shè)計重點(diǎn)。
美商懷格(Vicor)應(yīng)用工程師張仁程在「低雜訊高集成度電源在嵌入式AIoT的應(yīng)用」中就指出,AIoT的發(fā)展以垂直領(lǐng)域為主,設(shè)備供應(yīng)商必須針對特定的應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計專用型產(chǎn)品,以美商懷格為例,該公司產(chǎn)品目前聚焦在航天軍事、通訊、伺服運(yùn)算、工業(yè)等四大產(chǎn)業(yè),此外他們也看好車用市場的潛力,這些垂直市場所需的電源管理產(chǎn)品規(guī)格都較為特殊,如寬輸入范圍與高輸出電壓、高效能、功率密度、小體積、輕量化、低EMI...等,這些特點(diǎn)與一般消費(fèi)性產(chǎn)品大不相同,因此須具有經(jīng)驗的廠商方能勝任。
張仁程表示,物聯(lián)網(wǎng)的底層設(shè)備布建于應(yīng)用場域的各角落,其體積必須小型化,設(shè)備內(nèi)的元件要在有限空間發(fā)揮最高性能,而且彼此之間不能產(chǎn)生干擾,而在所有電子元件中,電源與射頻是最容易有此問題的,面對此一狀況,電源廠商必須提出低雜訊高集成度的設(shè)計,以解決系統(tǒng)問題。
張仁程指出,美商懷格在電源領(lǐng)域的拓樸技術(shù)就是針對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計,此技術(shù)包括三大架構(gòu):零電壓切換穩(wěn)壓器(ZVS Regulator)主要為非隔離的DC-DC穩(wěn)壓器,產(chǎn)品為預(yù)穩(wěn)壓器模塊(PRM)、以及Cool-Power ZVS升壓、降壓以及升降壓穩(wěn)壓器;雙箝位零電壓切換則為隔離式DC-DC或AC-DC轉(zhuǎn)換器;另外弦波振幅轉(zhuǎn)換器(SAC)則為隔離式,固定比例的DC-DC變壓器,產(chǎn)品有主線轉(zhuǎn)換器模塊(BCM)、中間主線轉(zhuǎn)匯器(IBC)、以及電壓轉(zhuǎn)換器模塊(VTM)等。
此外過去的電源設(shè)計多會將調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換功能集成在同一設(shè)計中,但對高階應(yīng)用來說,此一作法會產(chǎn)生線路功耗損失,而且每個電壓軌必須有獨(dú)立的完整調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換設(shè)計,這都讓成本難以降低,對此Vicor可以Factorized Power架構(gòu)解決相關(guān)問題,F(xiàn)actorized Power的PRM(預(yù)穩(wěn)壓器模塊),可以高效能的零電壓切換拓樸僅處理預(yù)電壓調(diào)節(jié)功能,第二個元件是VTM(電壓轉(zhuǎn)換模塊),利用弦波振幅轉(zhuǎn)換拓樸,將前一階段調(diào)節(jié)好的電壓轉(zhuǎn)換至CPU所需的電壓。
張仁程表示,電源是所有電子設(shè)備的唯一驅(qū)動能量,其設(shè)計對系統(tǒng)影響極大,因此他建議業(yè)者必須慎選電源廠商,讓系統(tǒng)的運(yùn)行更穩(wěn)定且高效。