【導(dǎo)讀】隨著AI服務(wù)器、高性能計(jì)算以及數(shù)據(jù)中心電源需求持續(xù)增長，供電系統(tǒng)正面臨更高電流、更快動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及更復(fù)雜熱管理的挑戰(zhàn)。為了滿足GPU、CPU等高算力芯片對低壓大電流供電的需求，多相電源架構(gòu)已經(jīng)成為當(dāng)前服務(wù)器與高性能計(jì)算平臺中的主流方案。
在典型架構(gòu)中，多相控制器通常需要同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)DrMOS智能功率級，通過多相并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)更高輸出電流能力、更優(yōu)熱分布以及更好的瞬態(tài)響應(yīng)性能。隨著供電相數(shù)不斷提升，電源系統(tǒng)的控制復(fù)雜度也在快速增加。對于電源工程師而言，如何準(zhǔn)確觀察并分析各相PWM控制信號之間的時(shí)序關(guān)系、工作狀態(tài)以及減相邏輯，正在成為多相電源調(diào)試與驗(yàn)證中的關(guān)鍵問題。
為什么三態(tài)PWM信號如此重要
圖1. 不同PWM電平對應(yīng)的DrMOS內(nèi)部高低邊MOSFET開通與關(guān)斷狀態(tài)
在傳統(tǒng)理解中，PWM信號通常只有High與Low兩種狀態(tài)。然而在現(xiàn)代DrMOS供電架構(gòu)中，PWM控制信號往往并非簡單的兩電平結(jié)構(gòu)，而是包含High、Low以及Tri-state/Hi-Z三種工作狀態(tài)。不同PWM狀態(tài)，對應(yīng)DrMOS內(nèi)部高邊MOSFET與低邊MOSFET的不同導(dǎo)通關(guān)系。Tri-state/Hi-Z狀態(tài)通常對應(yīng)高邊與低邊MOSFET同時(shí)關(guān)斷。
這種狀態(tài)在現(xiàn)代多相電源設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵。尤其是在輕載條件下，控制器通常會(huì)主動(dòng)關(guān)閉部分工作相位，從而降低開關(guān)損耗并提升整體能效。因此，僅觀察普通兩電平PWM波形，已經(jīng)無法完整反映DrMOS的真實(shí)工作狀態(tài)。
多相電源調(diào)試為何越來越困難
隨著AI服務(wù)器與高性能計(jì)算平臺持續(xù)提升功率密度，多相供電系統(tǒng)的相數(shù)也越來越高，而這意味著PWM控制信號數(shù)量正在快速增加。傳統(tǒng)測試方式中，工程師通常使用無源電壓探頭逐路測量PWM波形。但在16相甚至32相供電系統(tǒng)中，這種方式會(huì)迅速消耗示波器模擬通道資源。
這會(huì)帶來幾個(gè)明顯問題：
無法同時(shí)觀察所有相位；
難以分析相位之間的時(shí)序關(guān)系；
難以同步觀察輸出電壓與電感電流等關(guān)鍵波形。
圖2. 簡化的多相控制器 + DrMOS 供電結(jié)
使用邏輯探頭觀察三態(tài)PWM的新方法
針對傳統(tǒng)測試方式的局限性，Tektronix提出了一種基于TLP058邏輯探頭的三態(tài)PWM測試方法。TLP058邏輯探頭提供8個(gè)數(shù)字輸入通道，并兼容4系列、5系列以及6系列MSO示波器平臺。通過FlexChannel?架構(gòu)，工程師可以在同一示波器平臺上靈活配置模擬與數(shù)字資源。
這一方法的核心思路是：對同一條PWM信號設(shè)置兩個(gè)不同邏輯判定閾值。隨后，將同一路PWM信號同時(shí)接入兩個(gè)數(shù)字通道，通過兩路邏輯判定結(jié)果重構(gòu)三態(tài)PWM狀態(tài)。
圖3. 實(shí)際測試示波器界面示例
如何重構(gòu)三態(tài)PWM波形
在實(shí)際測試過程中，工程師首先需要將同一路PWM信號同時(shí)接入TLP058的兩個(gè)數(shù)字輸入通道，并分別設(shè)置不同的邏輯判定閾值。
隨后，示波器通過Parallel Bus功能，將兩路邏輯結(jié)果組合為并行總線。在完成總線定義后，再通過Math數(shù)學(xué)波形功能讀取BUS數(shù)據(jù)，即可將原本的兩路邏輯判定結(jié)果重新映射為High、Low以及Tri-state三種PWM狀態(tài)。
圖4. 實(shí)際測試示波器界面示例
圖5. 實(shí)際測試示波器界面示例
圖6. 實(shí)際測試示波器界面示例
從“逐路測量”到“系統(tǒng)級分析”
這一方法最大的價(jià)值，并不僅僅是“能看到三態(tài)PWM”。更重要的是，它顯著提升了系統(tǒng)級調(diào)試能力。相比傳統(tǒng)模擬探頭逐路測量方式，TLP058邏輯探頭能夠大幅節(jié)省模擬通道資源。單支TLP058即可同時(shí)支持4路三態(tài)PWM測試，而搭配8通道MSO示波器時(shí)，單臺儀器最多可同時(shí)觀察32路三態(tài)PWM信號。
這意味著，工程師可以將節(jié)省出的模擬通道用于同步觀察輸出電壓、電感電流以及EN使能信號等關(guān)鍵波形，從而真正實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級多相電源調(diào)試。
圖7. 使用TPP1000探頭與TLP058測試三態(tài)PWM信號時(shí)的示波器通道占用情況對比
結(jié)語：多相電源測試正在進(jìn)入高通道時(shí)代
隨著AI服務(wù)器、電源模塊以及高性能計(jì)算平臺持續(xù)提升供電能力，多相供電架構(gòu)的復(fù)雜度還將繼續(xù)增加。未來工程師面對的問題，已經(jīng)不再只是“能否測到PWM信號”，而是能否同時(shí)觀察所有相位、同步分析系統(tǒng)行為以及快速定位減相與輕載控制邏輯。在這一背景下，邏輯探頭與高通道示波器的結(jié)合，正在讓多相電源測試從傳統(tǒng)逐路觀察，逐步轉(zhuǎn)向更加高效的系統(tǒng)級分析。
