環旭電子 | 【研發超展開】數位類比轉換器（DAC）控制偏壓電流創新解決方案，智慧電源的關鍵突破

10/21/2025

【研發超展開】數位類比轉換器（DAC）控制偏壓電流創新解決方案，智慧電源的關鍵突破

受訪者：王紹奎, Project Associate Manager of SAI PLM/R&D Hardware Development

在高速運算與智慧應用的時代，電源管理的穩定性與精度已成為系統效能的核心基石。無論是 AI 加速器、FPGA、ASIC，還是高速儲存設備，對於電源輸出電壓的要求越來越嚴苛。傳統透過更換分壓電阻來調整電壓的方法，不僅效率低下，也缺乏動態調節的彈性。
面對這樣的挑戰，環旭電子的開發團隊提出全新的「數位類比轉換器（DAC）控制電源轉換晶片偏壓電流解決方案」。這項創新技術不僅解決了精度、穩定性與靈活度的問題，更帶來了自動化與遠端控制的能力，為新世代電子系統提供了更高的設計自由度與可靠性。

傳統電源調整已難以滿足現代應用

傳統的電壓調整方式，主要依靠更換電阻來設定固定的輸出電壓。雖然簡單，但存在幾個關鍵痛點：

缺乏靈活性：每次調整都需要重新焊接或切換電阻，流程繁瑣且耗時。
精度受限：受限於電阻的誤差（常見 ±1%），實際輸出與理論設計值之間往往存在偏差。
溫漂問題：電阻受溫度影響明顯，容易導致電壓偏移，影響整體穩定度。
無法自動化：在需要大量測試或不同電壓模式切換時，傳統方式幾乎無法支援遠端或程式化操作。

簡而言之，在這樣的背景下，對於需要高效能電源管理的應用（如 SSD、伺服器、通訊設備），傳統方案已經難以滿足需求。這正是我們開發數位類比轉換器（DAC）控制方案的契機。

智慧電源的關鍵突破：數位類比轉換器（DAC）控制偏壓電流

解決方案核心在於引入數位類比轉換器（DAC），透過程式化方式精準輸出電流，動態調整電源轉換晶片的反饋電壓。這種方法有兩種典型實現方式：

方式一：DAC 注入反饋（FB）節點

透過 DAC 輸出的電流直接作用在反饋分壓網路上，達到微調輸出電壓的效果。

方式二：DAC 調整參考電壓（VREF）

若晶片支援外部參考電壓輸入，可直接以 DAC 輸出取代內建 VREF，實現更大範圍的電壓調整。

在此架構下，開發團隊選用了 MAXIM DS4424 電流型數位類比轉換器（DAC），它具備：

7 位以上解析度，提供細緻的電壓步進調整能力
I²C 介面，便於與 MCU 整合，支援遠端與自動化控制
多通道設計，可同時調整多路電源，適合複雜系統環境

透過 DS4424 的可程式化電流輸出，工程師可以在 ±11% 的範圍內，實現連續且高精度的電壓拉偏（Margining），不再受制於傳統電阻切換方式的限制。

實際應用案例：U.2 SSD 測試平臺

為了驗證方案的效能，開發團隊在 U.2 SSD 測試平臺上進行了應用。開發設定的需求：
1)   輸出電壓：12V ± 10%
2)   使用 DAC 動態調整，支援 10.8V 至 13.2V 的範圍
3)   由 MCU 根據電源檢測器回饋，自動修正輸出電壓

Fig.1 應用電路 / Fig.1 Application circuit

在實作中，開發團隊巧妙地將 DS4424 的不同通道用於粗調與細調：

OUT0 粗調：每步進約 11.38mV
OUT2 細調：每步進約 5.97mV

測試成果：

電壓調整誤差遠小於 1%
測試時間從傳統 rework（更換電阻）縮短為 1 秒完成調整
適合大量 SSD 測試流程，節省成本與時間

透過這樣的組合設計，不僅滿足了 SSD 測試的 ±10% 拉偏需求，還能確保調整精度誤差低於 1%。這對需要反覆進行壓力測試與可靠度驗證的 SSD 製造業者而言，大幅降低了測試成本與時間。

Fig.2 實測結果 / Fig.2 Measured Results

一張表看懂差異，為什麼 DAC 方案更優勢？

我們比較了 DAC 方案與傳統分壓電阻方式。相比於改變分壓電阻來調整輸出電壓，DAC 方案在調節精度、調節範圍、調節方式、自動化支持及溫漂影響等方面表現不同。

Fig.3 DAC 方案 vs 傳統分壓電阻方案 / Fig.2 DAC Solution vs Traditional Voltage Divider Resistor

當然DAC方案在成本、佔用面積及設計複雜度方面也存在一定的弱勢，但整體在靈活性、精度與智能化上的價值，遠高於傳統方案，尤其適合高端電子應用。

Fig.4 DAC 方案 vs 傳統分壓電阻方案 / Fig.2 DAC Solution vs Traditional Voltage Divider Resistor

超越測試數據，DAC方案的真正影響力

綜觀所有前述的開發實例，DAC 偏壓電流解決方案能帶來幾項關鍵優化：

靈活度高：在複雜的電源系統中，往往需要同時對多路電壓進行偏壓測試。傳統更換分壓電阻的方式，不僅耗時，還需大量 rework 工作；而透過 DAC 方案，只需透過軟體控制，即可在 1 秒內完成調整，大幅提升效率。
精準調校：常用的碳膜電阻存在誤差範圍（例如 ±1%），容易導致實際輸出電壓與理論設計值出現偏差。而 DAC 方案則可藉由回授補償機制進行動態修正，確保輸出電壓的精確度與一致性。
彈性調節：傳統分壓電阻方式每組電阻僅能對應單一電壓值，缺乏彈性。反之，DAC 方案可在設計範圍內（±11%）實現連續且可控的電壓調整，滿足多樣化應用需求。
支援自動化：傳統方法若要改變電壓，必須在 PCB 上重新更換電阻，操作繁瑣且不可程式化；而 DAC 方案則能透過遠端命令直接調整，不僅支援自動化測試，也能更輕鬆整合至智慧化系統中。

電源管理是一個常被忽視，卻決定系統效能上限的關鍵。環旭電子透過 DAC 控制偏壓電流的創新方案，不僅打破了傳統分壓電阻的限制，更實現了高精準、可程式化、智能化的新世代電源調整方式，讓電壓調整從被動轉為主動，從硬體轉為軟體。這不僅符合高性能應用對精度與靈活度的需求，更為未來智慧化電源管理奠定基礎。在高速發展的數位時代，唯有兼顧靈活性與精度，才能真正迎合市場需求。USI開發團隊所提出的，正是最佳答案。

FAQ 常見問題

1. 為什麼DAC控制比傳統電阻更適合高性能應用？
因為DAC能透過軟體精準調整，避免電阻誤差與溫漂問題，且支援自動化。

2. 這項方案是否適用於消費性電子產品？
雖然主要針對高端應用，但在需要高精度電壓控制的消費性產品中，也有發展潛力。

3. USI的方案能否與其他電源管理IC搭配？
是的，方案設計具通用性，可整合多種電源控制晶片。

4. DAC引入是否會增加噪聲？如何解決？
確實可能引入數位噪聲，但可透過濾波與佈局優化有效抑制。

5. 未來是否會有更高分辨率或更低功耗的版本？
隨著技術演進，USI將持續推出更高階的方案，以滿足市場需求。