随着许多高速处理器、大容量硬碟、磁碟阵列、显示卡、乙太网路和光纤资料通讯以及记忆体阵列等设备的通讯速度不断加快，因此需要更快速的汇流排介面来符合其应用需求。

目前半导体技术能制造出比以前更快的逻辑电路，但仅靠提高逻辑电路速度并不足以加快汇流排速度。汇流排架构工程师必须处理汇流排电容、因为讯号线长度不同所造成的讯号歪斜现象、难以预测的汇流排负载变化以及系统零组件的误差。汇流排速度越快，电压就必须越精确。而这些问题都与俗称为I/O电源或VIO.的汇流排收发器电源供应息息相关，因此现代汇流排必须小心设计其电源才能有效发挥最大效能。

回溯相容性是PCI汇流排的最大优势。 PCI特别工作小组已发展出一套方法让PCI扩充槽能同时支援新型与旧规格的PCI电路板。早期的PCI电路板和PCI-X 1.0（又称为mode-1）电路板都使用3.3V VIO，而PCI-X 2.0 266MHz和533MHz（又称为mode-2）电路板使用的则是1.5V VIO电压。误用3.3V电源的mode-2电路板会发生故障；而误用1.5V电源的旧规格或mode-1电路板，则可能会没有足够的电压在汇流排产生逻辑“1”讯号。

原始的PCI标准是以不同的接脚边缘外形让5V和3.3V电路板共存，但这种做法无法提供回溯相容性。 PCI-X 2.0则是借用现代高效能微处理器技术，也就是透过逻辑电路选择电压（logic-selectable voltage）的方式来解决此问题。

PCI电路板连接座上有个称为PCIXCAP的PCI-X相容性接脚，PCI系统会利用系统电路板上的类比数位转换器测量PCIXCAP的电压值以决定PCI电路板速度。传统PCI电路板会将PCIXCAP接地，使扩充槽控制器将汇流排速度限制在33MHz。 PCI-X 66MHz电路板会在PCIXCAP接脚加上10kΩ下拉电阻，让PCI-X以66MHz速度操作；PCI-X 133MHz电路板则会让PCIXCAP处于浮动状态，以启动133MHz操作模式。

这种技术还能根据PCIXCAP共用接脚电压来设定整个汇流排。比方说，只要有一张PCI电路板将PCIXCAP接地，整个汇流排就会使用33MHz；PCIXCAP接脚若处于浮动高电位，就表示所有PCI电路板皆为PCI-X 133MHz，使汇流排进入133MHz操作模式。若有部份电路板在PCIXCAP加上10kΩ下拉电阻，PCIXCAP接脚电压就会低于浮动状态的高电压，但仍高于接地电压，此时汇流排会在PCI-X 66MHz速率下操作。

PCI-X 2.0定义两种新的下拉电阻值：PCI-X 266MHz的3.16kΩ以及PCI-X 533MHz的1.02kΩ，来进一步扩大此技术，使操作速度增加为五种。系统可以根据PCIXCAP类比数位转换器所提供的资讯来设定汇流排速度与VIO电压。

工程师还需解决许多其他问题才能完成64位元266MHz扩充槽实作。桥接技术速度虽然已能让一个桥接器支援6个32位元的66MHz PCI扩充槽，但目前仍只能处理2个64位元的133MHz PCI-X 1.0汇流排扩充槽；266MHz以上的PCI汇流排更要将桥接器直接连线至扩充槽，才能满足两者之间的超高资料速率要求。

PCI E规格

使用3.3V或5V I/O电源和较慢的资料速率时，就算电源供应电压略有变动，PCI系统所输出的低电位和高电位电压仍能达到TTL规格要求。但如果VIO降到1.5V，资料速率又增加至266MHz以上，讯号振幅范围将大幅缩小，讯号稳定时间则相对变得更重要。

PCI规格对于不同的VIO电压要求如(表一)所示：

PCI-X mode 1要求扩充槽和桥接器的3.3V VIO电压相差不能超过±100mV；这就表示桥接晶片的VIO电压必须在扩充槽VIO电压的100mV范围内，以便忍受电流感测电阻、独立的电源切换FET开关电晶体、和讯号线的可能电压降。但若VIO电压为1.5V，扩充槽与桥接器的电压就不能相差超过±15mV；此时唯有让它们使用同一组电源，并以又短又粗的导线将其电源接点连接在一起，才能确保扩充槽与桥接器的电压相差在要求范围内。

针对VIO电压的要求也带来了许多新限制。举例来说，桥接晶片必须能开启和关闭VIO电压，以及选择电压值在3.3V与1.5V之间。电源供应选择开关在提供电源给扩充槽负载（最高1.5A）和桥接晶片负载时（最高1.5A以上，视桥接晶片而定），其电压降不能超过±75mV。

VAIO电源实作

有些系统会用它的1.5V电源层，提供VIO电压给mode-2桥接器和PCI-X扩充槽。这些系统只要遵守下列简单规则，就能使用切换电路来提供VIO电压：

如此一来，无论扩充槽电压为0V或3.3V，只要FET处于截止状态，就不会有电流从扩充槽通过FET的体二极体进入1.5V电源层。除了采用上述的切换电路之外，也能以1.8V电源供应器来提供VIO电压给mode-2扩充槽和桥接晶片，然后再利用低压降线性稳压器将1.8V降压至1.5V电压。这种做法可使用成本较低的FET电晶体，而对于电路板绕线要求也比较宽。比方说，设计人员可以使用低压降稳压元件，或(图一)所示的热插拔电源控制器；此时功率FET将同时扮演电源选择器、稳压器、和热插拔电源开关等多种角色。

《图一 采用PCI-X 2.0热插入控制器的1.8V和3.3V VIO电压选择电路》

＜图注：它会在汇流排处于mode-2模式时，透过放大器驱动Q2和Q3，使+1.8V电压降为1.5V。 ＞

扩充槽VAIO接脚与元件15 VIS接脚之间的连线极为重要;由于它同时担任着电流感测和稳压感测等功能,所以在绕线时需特别注意。

若系统无法提供低电压电源，也能利用可程式交换式稳压器来提供VIO电压；例如使用可接受+12V输入电源的PTH05000 VRM稳压模组提供3.3V或1.5V电压，或是采用内建FET电晶体的TPS54310 SWIFT等交换式稳压元件。

热插拔

PCI和PCI-X可广泛用于各种平台、笔记型、桌上型、伺服器和工业系统。笔记型和桌上型电脑大都以PCI做为内部资料汇流排；外部装置连线则采用USB、Firewire、PCMCIA、Cardbus或是Expresscard。这些装置都有自己的电源管理和装置热抽换（hot swap）协定。

PCI和PCI-X也能在系统不关机时移除连接装置；这种热插拔（hot plug）功能是伺服器等高可用性（high-availability）系统，在不中断作业条件下进行维修服务的关键。设计人员必须利用系统驱​​动程式和硬体才能提供完整的PCI热插拔功能。

PCI热插拔扩充槽的插座与传统PCI扩充槽完全相同；上面也有电路板内锁开关、电路板服务要求按钮、以及标准的电路板状态指示灯。电路板的管理与控制是由标准热插拔控制器（Standard Hot Plug Controller；SHPC）负责；它会监测扩充槽开关、命令扩充槽启动或关闭电源、启动或关闭汇流排开关、将资料绕过已关闭电源的扩充槽以及管理扩充槽指示灯的灯号状态。另一颗称为热插拔电源控制器（Hot Plug Power Controller；HPPC）的功率类比元件则会负责切换扩充槽电源。

HPPC可提供不同的电源和类比功能；例如扩充槽开关的电压跳动消除（debouncing）和缓冲、电路板种类判断、选择适当的扩充槽VIO电压、切换扩充槽的+12V、+5V、+3.3V 、Vaux和-12V电源、驱动扩充槽汇流排开关以及驱动扩充槽指示灯。 HPPC还可为每个汇流排电源提供限流功能，以防止故障电路板造成背板电源过载或电压下降。

热插拔电源控制器可为PCI-Express提供热插拔功能。这类元件可以切换两个扩充槽的Vaux、+3.3V和+12V主电源、监测两个扩充槽的内锁和服务要求开关；还能在任何电源发生过载时，立即切断扩充槽连线以保护电源不受损害。

《图二 电流感测电阻与HPPM之间的较佳连接方式》

实际问题

现代逻辑元件已能承受来自电源的大电流突波，开关速度更达到500ps以内。实际限流电路必须在必要时提供瞬间大电流，扩充槽电流达到危险水准一段时间后，也要能迅速切断扩充槽电源；否则激增的扩充槽电流可能导致背板电压下降，进而影响背板其它装置的正常作业。

电流感测零件和导线的布局也很重要。 (图二)是电流感测电阻与HPPM之间的较佳连接方式。

图二以Kelvin连线方式将电流感测电阻连接至电流感测电路，以避免大电流通过电路板线路时产生过多电压降。图中显示两种取代Kelvin连线的​​较佳方式。电路板的电流感测线路必须是间距极小的等长平行路径，以避免邻近大电流线路而产生磁耦合。为防止出现假的电流故障，设计人员应选择串联电感很小的电流感测电阻；这表示应避免使用含有钴、镍或铁的电阻。元件的3VS和3VIS接脚之间应连接一颗陶瓷电容，它能在假的电流故障出现时协助消除杂讯。针对高密度的电路板零件布局，工程师应选择能直接放在PCI插座之间的高密度单列式功率封装（inline power package）。

未来展望

串列汇流排已开始出现在现代电子系统，并与传统并列汇流排分庭抗礼；这两种汇流排在短期内仍须携手共存。串列汇流排没有资料路径歪斜的问题，故能采用更弹性的绕线和连接座设计。接脚数目的减少使串列汇流排体积更为精巧；然而电源路径安排以及电源安全保护对于串列汇流排仍然极为​​重要。

半导体技术虽可将更多功能整合至更低成本元件，连接座和其它机械零件却日益昂贵。现在正是串列汇流排取代并列汇流排的转折点。虽然PCI-Express成本已降至PCI-X的水准，未来还会更低；但是PCI、PCI-X 1.0和PCI-X 2.0仍拥有低成本、回溯相容性和易于实作等优势，这也意味着它们仍将在市场上风光一段时间。 （作者任职于TI德州仪器）

延 伸 阅 读

通称为ATX的英特尔所制定之桌上型电脑电源供应器，原本是为了节省成本而设计，但其运作效率不佳。当水电管理机关在尝试节约能源之际，制造商也同时寻求既能提升ATX电源供应器性能和兼顾成本的方法。相关介绍请见「 增进桌上型电脑的电源供应器效率 以系统方法创造88％的效率差异 」一文。 最近几年的电源供应设计和电源管理发展趋势已经反映出整个电子产业都能见到的许多动态，越来越多智慧型功能开始分布至整个电源系统；毫无疑问的，这些力量将在未来的几年内继续影响电源零件。此外，某些特殊应用的电源系统设计技巧也已出现，它们也将塑造电源零件的本质和功能。你可在「 整合与分布式智慧成为电源系统设计的主要趋势 」一文中得到进一步的介绍。 设计一款功率转换器并不简单，因为其中涉及多方面的技术知识。功率转换器设计工程师必须对类比及混合讯号电路的设计、变压器绕组、电磁相容性、封装及散热设计等有一定的认识 。在「电源管理系统之散热问题及解决办法」一文为你做了相关的评析。

市场动态

于2003年拿下全球电源管理IC元件市场第一的英飞凌（Infineon），其电源管理IC高级总监Anton Riedhammer表示，就当前全球电源管理IC市场成长力道来看，2005年全年半导体产业成长率应仅有5％左右，但受到全球电源管理IC需求大增，他估计这块市场成长率将可望远超过半导体产业。相关介绍请见「电源管理IC成长将大幅超越半导体 英飞凌：PC应用仍是最大市场」一文。 市调机构iSuppli最新报告指出，由于2004年全球半导体与电子设备市场表现亮眼，连带也使得2004年全球电源管理IC市场迈开大步走，据估计，全球电源管理IC市场规模可望达到201亿美元，较2003年成长24.3％，预计到2008年全球电源管理IC市场将达到接近300亿美元的规模，意法半导体、快捷、德州仪器仍​​居前三强位置。你可在「 全球电源管理IC市场规模大幅成长 意法、快捷、德仪仍居前三强」一文中得到进一步的介绍。 2004年无线多媒体通信与计算机市场的迅猛发展为全球半导体市场增长做出了主要贡献，同时也为全球电源以及电源管理芯片市场注入一股强劲的增长动力。在「 2004年中国电源管理晶片市场预期增长34.2%」一文为你做了相关的评析。

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