USI | 【研发超展开】数位类比转换器（DAC）控制偏压电流创新解决方案，智慧电源的关键突破

10/21/2025

【研发超展开】数位类比转换器（DAC）控制偏压电流创新解决方案，智慧电源的关键突破

受访者：王绍奎, Project Associate Manager of SAI PLM/R&D Hardware Development

在高速运算与智慧应用的时代，电源管理的稳定性与精度已成为系统效能的核心基石。无论是 AI 加速器、FPGA、ASIC，还是高速储存设备，对于电源输出电压的要求越来越严苛。传统透过更换分压电阻来调整电压的方法，不仅效率低下，也缺乏动态调节的弹性。
面对这样的挑战，环旭电子的开发团队提出全新的「数位类比转换器（DAC）控制电源转换晶片偏压电流解决方案」。这项创新技术不仅解决了精度、稳定性与灵活度的问题，更带来了自动化与远端控制的能力，为新世代电子系统提供了更高的设计自由度与可靠性。

传统电源调整已难以满足现代应用

传统的电压调整方式，主要依靠更换电阻来设定固定的输出电压。虽然简单，但存在几个关键痛点：

缺乏灵活性：每次调整都需要重新焊接或切换电阻，流程繁琐且耗时。
精度受限：受限于电阻的误差（常见 ±1%），实际输出与理论设计值之间往往存在偏差。
温漂问题：电阻受温度影响明显，容易导致电压偏移，影响整体稳定度。
无法自动化：在需要大量测试或不同电压模式切换时，传统方式几乎无法支援远端或程式化操作。

简而言之，在这样的背景下，对于需要高效能电源管理的应用（如 SSD、伺服器、通讯设备），传统方案已经难以满足需求。这正是我们开发数位类比转换器（DAC）控制方案的契机。

智慧电源的关键突破：数位类比转换器（DAC）控制偏压电流

解决方案核心在于引入数位类比转换器（DAC），透过程式化方式精准输出电流，动态调整电源转换晶片的反馈电压。这种方法有两种典型实现方式：

方式一：DAC 注入反馈（FB）节点

透过 DAC 输出的电流直接作用在反馈分压网路上，达到微调输出电压的效果。

方式二：DAC 调整参考电压（VREF）

若晶片支援外部参考电压输入，可直接以 DAC 输出取代内建 VREF，实现更大范围的电压调整。

在此架构下，开发团队选用了 MAXIM DS4424 电流型数位类比转换器（DAC），它具备：

7 位以上解析度，提供细致的电压步进调整能力
I²C 介面，便于与 MCU 整合，支援远端与自动化控制
多通道设计，可同时调整多路电源，适合复杂系统环境

透过 DS4424 的可程式化电流输出，工程师可以在 ±11% 的范围内，实现连续且高精度的电压拉偏（Margining），不再受制于传统电阻切换方式的限制。

实际应用案例：U.2 SSD 测试平台

为了验证方案的效能，开发团队在 U.2 SSD 测试平台上进行了应用。开发设定的需求：
1)   输出电压：12V ± 10%
2)   使用 DAC 动态调整，支援 10.8V 至 13.2V 的范围
3)   由 MCU 根据电源检测器回馈，自动修正输出电压

Fig.1 应用电路 / Fig.1 Application circuit

在实作中，开发团队巧妙地将 DS4424 的不同通道用于粗调与细调：

OUT0 粗调：每步进约 11.38mV
OUT2 细调：每步进约 5.97mV

测试成果：

电压调整误差远小于 1%
测试时间从传统 rework（更换电阻）缩短为 1 秒完成调整
适合大量 SSD 测试流程，节省成本与时间

透过这样的组合设计，不仅满足了 SSD 测试的 ±10% 拉偏需求，还能确保调整精度误差低于 1%。这对需要反复进行压力测试与可靠度验证的 SSD 制造业者而言，大幅降低了测试成本与时间。

Fig.2 实测结果 / Fig.2 Measured Results

一张表看懂差异，为什么 DAC 方案更优势？

我们比较了 DAC 方案与传统分压电阻方式。相比于改变分压电阻来调整输出电压，DAC 方案在调节精度、调节范围、调节方式、自动化支持及温漂影响等方面表现不同。

Fig.3 DAC 方案 vs 传统分压电阻方案 / Fig.2 DAC Solution vs Traditional Voltage Divider Resistor

当然DAC方案在成本、占用面积及设计复杂度方面也存在一定的弱势，但整体在灵活性、精度与智能化上的价值，远高于传统方案，尤其适合高端电子应用。

Fig.4 DAC 方案 vs 传统分压电阻方案 / Fig.2 DAC Solution vs Traditional Voltage Divider Resistor

超越测试数据，DAC方案的真正影响力

综观所有前述的开发实例，DAC 偏压电流解决方案能带来几项关键优化：

灵活度高：在复杂的电源系统中，往往需要同时对多路电压进行偏压测试。传统更换分压电阻的方式，不仅耗时，还需大量 rework 工作；而透过 DAC 方案，只需透过软体控制，即可在 1 秒内完成调整，大幅提升效率。
精准调校：常用的碳膜电阻存在误差范围（例如 ±1%），容易导致实际输出电压与理论设计值出现偏差。而 DAC 方案则可藉由回授补偿机制进行动态修正，确保输出电压的精确度与一致性。
弹性调节：传统分压电阻方式每组电阻仅能对应单一电压值，缺乏弹性。反之，DAC 方案可在设计范围内（±11%）实现连续且可控的电压调整，满足多样化应用需求。
支援自动化：传统方法若要改变电压，必须在 PCB 上重新更换电阻，操作繁琐且不可程式化；而 DAC 方案则能透过远端命令直接调整，不仅支援自动化测试，也能更轻松整合至智慧化系统中。

电源管理是一个常被忽视，却决定系统效能上限的关键。环旭电子透过 DAC 控制偏压电流的创新方案，不仅打破了传统分压电阻的限制，更实现了高精准、可程式化、智能化的新世代电源调整方式，让电压调整从被动转为主动，从硬体转为软体。这不仅符合高性能应用对精度与灵活度的需求，更为未来智慧化电源管理奠定基础。在高速发展的数位时代，唯有兼顾灵活性与精度，才能真正迎合市场需求。USI开发团队所提出的，正是最佳答案。

FAQ 常见问题

1. 为什么DAC控制比传统电阻更适合高性能应用？
因为DAC能透过软体精准调整，避免电阻误差与温漂问题，且支援自动化。

2. 这项方案是否适用于消费性电子产品？
虽然主要针对高端应用，但在需要高精度电压控制的消费性产品中，也有发展潜力。

3. USI的方案能否与其他电源管理IC搭配？
是的，方案设计具通用性，可整合多种电源控制晶片。

4. DAC引入是否会增加噪声？如何解决？
确实可能引入数位噪声，但可透过滤波与布局优化有效抑制。

5. 未来是否会有更高分辨率或更低功耗的版本？
随着技术演进，USI将持续推出更高阶的方案，以满足市场需求。