在電子產(chǎn)品創(chuàng)新競賽中，系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性正以前所未有的速度攀升，設(shè)計(jì)效率也成為決定產(chǎn)品成敗的關(guān)鍵因素之一。為應(yīng)對這一核心挑戰(zhàn)，全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司亞德諾半導(dǎo)體（Analog Devices, Inc., 簡稱ADI）近日發(fā)布一款綜合性云端原生平臺——ADI Power Studio。該平臺的推出，標(biāo)志著ADI與工程師的互動方式發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，從LTspice、LTpowerCAD等經(jīng)典的本地單機(jī)工具邁向一個整合的、系統(tǒng)級的云端設(shè)計(jì)生態(tài)。

新時代下的電源設(shè)計(jì)的新挑戰(zhàn)

在如今復(fù)雜的電源設(shè)計(jì)的過程中，我們常常遇到四大挑戰(zhàn)。第一個是電源軌數(shù)量激增。如今常見的系統(tǒng)往往需要上百甚至數(shù)百個電源軌。第二個是電壓域復(fù)雜多樣。如今的系統(tǒng)中分布著不同種類的電壓，尤其是在以數(shù)據(jù)中心為核心的AI系統(tǒng)中，資料處理部分所涉及的電壓種類多達(dá)上百種，電壓轉(zhuǎn)換層級也非常多。第三個是負(fù)載功率差異巨大。不同功能單元所需的輸出電流和功率范圍極廣，從毫瓦到上百瓦的輸出功率都有。第四個是系統(tǒng)級相互依賴。眾多電源軌、電壓域和負(fù)載之間的相互影響與依賴關(guān)系，成為電源設(shè)計(jì)中最大的挑戰(zhàn)。

面對這些復(fù)雜性，傳統(tǒng)專注于單一元器件的設(shè)計(jì)工具已力不從心。ADI電源產(chǎn)品副總裁兼院士Robert Reay表示：“ADI Power Studio產(chǎn)品的主要功能是提供一個統(tǒng)一的應(yīng)用平臺，使設(shè)計(jì)者能夠從起點(diǎn)到終點(diǎn)，輕松地完成整個系統(tǒng)級的電源設(shè)計(jì)。”

ADI Power Studio，一個覆蓋全設(shè)計(jì)流程的電源設(shè)計(jì)云端平臺

為了讓設(shè)計(jì)者能夠更輕松地使用ADI的各類電源元件，并在此基礎(chǔ)上完成電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，ADI近日發(fā)布綜合性產(chǎn)品系列ADI Power Studio產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的建模、元件推薦、效率分析與仿真功能。ADI Power Studio并非是一個單一的工具，而是一個將ADI旗下經(jīng)典工具與新推出的網(wǎng)頁端新工具，即ADI Power Studio Planner和ADI Power Studio Designer，整合成一個統(tǒng)一工具的平臺。它遵循電源設(shè)計(jì)的自然流程，為工程師提供從初步概念到測量和評估的全程支持，助力簡化電源管理設(shè)計(jì)和優(yōu)化工作。

如果按照流程來說，第一階段是系統(tǒng)規(guī)劃部分，采用ADI Power Studio Planner。它改變了“先選芯片再拼系統(tǒng)”的傳統(tǒng)思路，幫助工程師“自上而下”地定義系統(tǒng)架構(gòu)。作為新一代的系統(tǒng)級電源樹規(guī)劃網(wǎng)頁端工具，Power Studio Planner可為工程師提供交互式系統(tǒng)架構(gòu)視圖，這有助于清晰地對電源分配進(jìn)行建模、計(jì)算功率損耗并輕松分析系統(tǒng)效率。借助智能化參數(shù)搜索和權(quán)衡比較，工程師團(tuán)隊(duì)從設(shè)計(jì)之初就能更快做出更好的架構(gòu)決策。

而第二個階段是設(shè)計(jì)部分。在確定了大架構(gòu)后，ADI Power Studio Designer提供經(jīng)過優(yōu)化的器件、元件或 IC推薦，并生成包含外圍無源器件的完整電路原理圖。工程師可即時看到效率、功耗等關(guān)鍵指標(biāo)的估算結(jié)果，并輕松比較不同器件的性能、尺寸和成本，進(jìn)行快速權(quán)衡。作為一款強(qiáng)大的IC級電源設(shè)計(jì)網(wǎng)頁端工具，Power Studio Designer提供引導(dǎo)式工作流程，讓工程師能夠設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)，放心地進(jìn)行仿真、配置和評估。而且Designer支持的器件類型與產(chǎn)品來源無關(guān)。

設(shè)計(jì)出電路之后，我們需要進(jìn)行仿真模擬，看看實(shí)際效果如何，這是第三個階段，例如使用 LTspice與SIMPLIS兩款仿真引擎進(jìn)行更深層次的仿真。其中，LTspice主要適用于原凌力爾特的器件，SIMPLIS則適用于原美信的器件。二者相輔相成，在Power Studio生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)提供基于模型的精準(zhǔn)仿真能力，也能提供詳細(xì)的時域和頻域分析，如環(huán)路增益、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等，確保設(shè)計(jì)的穩(wěn)健性。

值得一提的是，當(dāng)工程師進(jìn)行仿真時，如果有一些疑問或者需要修改的地方，都可以很簡單地回到上一階段，進(jìn)行一些切換。例如，你改變了電容、電阻，或者 MOSFET、二極管等元件，返回修改之后，大約一至兩秒鐘內(nèi)即可得到新的結(jié)果。這比傳統(tǒng)工程師在設(shè)計(jì)過程中需要焊接電阻、替換電容并重新測試的方式要高效得多。

第四階段是配置階段。作為一款優(yōu)秀的PC端軟件工具，LTpowerPlay最主要的好處是可以讀取實(shí)際輸出的電源結(jié)果是否符合我們的需求，包括輸出電壓、輸出電流，甚至溫度是否存在異常。如果有異常，會產(chǎn)生報(bào)告，讓工程師快速找出系統(tǒng)問題出在哪一部分。這樣的話，當(dāng)板子制作回來需要進(jìn)行調(diào)試時，工程師就不需要用“試錯法”挨個測量每個功能模塊，而是可以按需測試某個模塊的問題。

LTpowerPlay可用于對ADI的數(shù)字電源系統(tǒng)管理（PSM）IC進(jìn)行配置、監(jiān)測與調(diào)試。它支持許多不同的任務(wù)，包括在離線模式 (沒有硬件) 下構(gòu)建可在日后保存和重新加載的多芯片配置文件。它能自動生成波特圖，幫助工程師無需手動測量即可快速完成環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)，并輕松讀取和調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，定位故障點(diǎn)。

在第五階段——測量與驗(yàn)證階段，ADI還有一個叫做LTpowerAnalyzer的操作便捷的PC端應(yīng)用程序，用于電源設(shè)計(jì)方案的評估與特性分析。它是Power Studio中唯一的硬件工具，旨在彌合仿真與實(shí)際性能之間的差距。它支持波特圖、瞬態(tài)響應(yīng)、輸出阻抗等多項(xiàng)測量功能，且能與EVAL-LTPA-KIT硬件實(shí)現(xiàn)無縫協(xié)作。它的好處是可以降低使用成本，易于攜帶，節(jié)省時間，并且隨時進(jìn)行測量。

ADI電源產(chǎn)品副總裁兼院士Robert Reay介紹說，使用ADI Power Studio平臺的前四個步驟主要是在軟件上進(jìn)行模擬。而當(dāng)工程師實(shí)際制作出PCB板后，需要實(shí)地測試實(shí)際輸出結(jié)果如何的時候，ADI還提供了一個硬件測試工具，用于查看實(shí)際測試結(jié)果。LTpowerAnalyzer能以遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)儀器（可節(jié)省數(shù)萬美元成本）的投入，快速讀取實(shí)際PCB板的信息，并與最初的仿真結(jié)果進(jìn)行對比。這可以幫助工程師精準(zhǔn)定位是因設(shè)計(jì)、PCB布局還是元器件問題導(dǎo)致的性能偏差，極大提升調(diào)試效率。

ADI 在過去這幾年陸續(xù)合并了凌力爾特（Linear Technology）和美信（Maxim）兩家公司。目前，電源部門已將這三家公司技術(shù)整合在一起。ADI Power Studio的目標(biāo)正是將所有ADI電源元器件的設(shè)計(jì)流程和工具統(tǒng)一整合起來。

新推出的Power Studio Planner工具不僅能用于系統(tǒng)規(guī)劃，還能幫助設(shè)計(jì)電源樹或電源架構(gòu)，這是在系統(tǒng)層面使用的工具。而在完成整體系統(tǒng)架構(gòu)后，選擇合適的元件以滿足應(yīng)用需求，則是在Power Studio Designer部分完成的。兩款工具均為網(wǎng)頁端應(yīng)用，支持即時更新和AI輔助的參數(shù)搜索。同時這兩款新工具與ADI Power Studio全套產(chǎn)品系列（包括LTspice、SIMPLIS、LTpowerCAD、LTpowerPlanner、EE-Sim、LTpowerPlay和LTpowerAnalyzer）相結(jié)合，能夠有效簡化整個電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程。

總的來說，ADI Power Studio是ADI首次將分散的工具整合為一個連貫的工作流程，覆蓋從概念到驗(yàn)證的全過程的平臺，主要針對電源設(shè)計(jì)，讓那些對電源器件不太熟悉，甚至是非常熟悉的工程師，在選擇ADI器件時，能夠在很短的時間內(nèi)找到最正確、最有效率、最優(yōu)化且最符合成本效益的方案。ADI確保每個器件模型都在自有實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)過硬件驗(yàn)證，因此仿真結(jié)果與實(shí)際性能高度一致。而且，整個Power Studio平臺對工程師完全免費(fèi)，同時提供桌面端、網(wǎng)頁端的版本，并可兼容現(xiàn)有EDA工具，專注于電源領(lǐng)域，而非與之競爭。

ADI Power Studio的發(fā)布，是ADI在整合凌力爾特和美信的技術(shù)優(yōu)勢后，在軟件生態(tài)上的重要里程碑。它代表了一種從元件級思維轉(zhuǎn)向系統(tǒng)級思維的轉(zhuǎn)變。通過提供這套免費(fèi)、強(qiáng)大且高度整合的工具鏈，ADI不僅可以幫助資深電源工程師提升效率，更可以幫助新手工程師加速產(chǎn)品的開發(fā)和上市。正如Robert Reay所展望，未來ADI將通過持續(xù)的模型更新和云端互動功能，進(jìn)一步簡化設(shè)計(jì)流程，鞏固ADI在電源技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，并為各行各業(yè)的快速迭代與創(chuàng)新提供底層支持。