掌握每一瓦，省下每一微安：低電壓電源軌監測的新方式

現代系統需要持續掌握低電壓電源軌（Power Rail）的用電狀況，但傳統數位電源監測器本身往往也會消耗過多電力。PAC1721 與 PAC1821 可解決這項問題，提供精準、即時的電壓、電流與功率監測，同時讓功耗隨取樣速度調整。如此一來，設計人員可以取得真正具有實用價值的電源資訊，又不必犧牲系統效率，真正做到掌握每一瓦，同時省下每一微安。

Microchip Technology Inc.
Mitch Polonsky，資深產品行銷經理

不必多耗燃料，也能隨時查看儀表板

每一位系統設計人員都希望能隨時掌握系統狀況。知道行駛速度有多快、引擎負載有多重，以及系統是否即將發生故障，都有助於提升安全性與效率。但試想，如果光是開啟儀表板就會降低燃油效率，你可能就不會想讓它一直保持開啟。

這正是許多工程師使用傳統數位電源監測器時面臨的現實。這些元件可以提供電壓、電流與功率資訊，但本身往往會消耗相當程度的電流，足以對系統效率造成明顯影響。對於常時運作（Always-On）或能源受限的系統而言，監測器本身反而成了問題的一部分。

PAC1721 與 PAC1821 的設計，正是為了解決監測能力與功耗之間難以兼顧的問題。它們可持續提供高品質的低電壓電源軌監測資訊，卻不會造成固定且持續的額外功耗，讓設計人員能夠一直開著「儀表板」，又不會因此縮短系統的運作時間。

PAC1721 與 PAC1821 適用於需要持續監測低電壓電源軌、同時又希望將監測本身的額外負擔降到最低的應用，包括嵌入式運算、工業自動化、網路基礎設施，以及電池供電系統等。

閱讀本文後，您將了解：

• 為什麼低電壓電源軌變得更難監測，同時也更有監測的必要
• 許多數位電源監測器為何會在不經意間增加系統功耗
• 為什麼取樣速度、解析度與監測器本身的額外負擔彼此密切相關
• PAC1721 與 PAC1821 如何在不犧牲準確度的情況下，提供可依需求調整的監測能力
• 智慧警示（Intelligent Alerting）對整體系統究竟代表什麼

電源監測環境正在改變

為什麼電源監測正在改變

過去十年來，電源架構已出現顯著轉變。以往系統可能只需要少數幾組較高電壓的電源軌，如今則往往採用多組受到嚴格穩壓控制的低電壓電源域。處理器、FPGA、通訊 ASIC 與工業控制器所需的電源軌，不僅必須維持精準穩定的電壓，也要能快速因應負載變化。

與此同時，產業發展趨勢也正在改變系統設計的優先考量。資料中心與工業設施日益採用直流（DC）配電，因此監測效率會直接影響營運成本。法規要求與永續發展目標，也促使設計人員不能再只估算能源使用量，而必須實際量測、記錄並加以最佳化。此外，預測性維護策略則仰賴在故障真正發生之前，偵測出用電狀況中的細微變化。

然而，對持續掌握電源狀況的需求愈來愈高，另一方面卻又面臨「每一微安都很重要」的現實。無論目標是降低待機電流、延長電池壽命，或減輕系統的散熱負擔，設計人員都已無法接受監測系統僅為了掌握系統狀態，就額外消耗數百微安的電流。

PAC1721 與 PAC1821 正是為了因應這項需求而設計，讓系統在取得更深入電源資訊的同時，仍能符合既定的功耗預算。

PAC1721 與 PAC1821 有何不同？

I. 功耗可隨監測需求調整

在數位電源監測領域，一個常見的情況是監測器本身的功耗大致固定。許多同類產品無論採用較低或較高的取樣速度，所消耗的電流幾乎相同。這使設計人員不得不面臨兩難：不是降低取樣速度、犧牲對系統狀態的掌握程度，就是接受更高的系統功耗。

PAC1721 與 PAC1821 採取不同的設計方式。其內部架構可讓功耗隨取樣率調整；當系統不需要完整頻寬時，元件本身消耗的電流也會隨之降低。

以實際常見的工作條件為例，在每秒 1,024 次取樣時，這項差異便相當明顯。PAC1721 的典型耗電電流約為 90 µA，而解析度更高的 PAC1821 約為 145 µA。相較之下，在相近效能條件下，其他電源監測器的耗電量往往高出數倍。

這種可隨需求調整功耗的特性，使常時運作系統能持續進行電源監測，而不會讓監測器本身成為不可忽略的系統負載。

II. 提高取樣速度仍能維持準確度

許多設計人員認為，提高取樣速度必然會降低量測準確度。在部分電源監測器中確實如此：高速模式可能降低有效解析度或增加雜訊，使高速取樣取得的資料可靠度下降。

PAC1721 與 PAC1821 的設計則可在不同取樣率下維持穩定的量測解析度。如此一來，設計人員便能觀察快速的瞬態變化（Transient），例如處理器電源軌突然出現的負載變動，同時仍能確保量測資料的可靠性。

這點相當重要，因為許多問題往往只會出現在瞬態變化中，單靠穩態量測（Steady-State Measurement）可能無法察覺。電壓下陷（Voltage Droop）、電流突波（Current Spike），以及功率快速變化，都可能反映穩壓設計、PCB 佈局或負載行為中正在形成的問題。

III. 依設計需求選擇適合的解析度

並非所有設計都需要最高解析度，但每一項設計都需要適合自身需求的解析度。PAC 系列因此提供兩種明確選擇：

• PAC1721：12 位元解析度，適合重視成本或空間受限的設計
• PAC1821：16 位元解析度，適合需要更高精度的應用

兩款元件皆可在內部直接計算功率，降低韌體處理負擔，並讓主處理器在沒有重要事件發生時維持閒置狀態。

IV. 將資料轉化為系統智慧的警示功能

光有原始資料，並不足以讓系統變得更智慧。真正重要的是，系統能多快、又多有效地因應狀況變化。

PAC1721 與 PAC1821 提供彈性的警示架構，可同時支援多組彼此獨立的門檻條件。電壓、電流、功率與累積能源（Accumulated Energy）都能同時受到監控，不必迫使設計人員只能選擇其中一種條件。

其中一項重要的差異化功能是突變偵測（Step-Change Detection），會將目前量測值與移動平均值（Running Average）進行比較。如此一來，系統能在數值真正超出限制之前，就先偵測出異常行為，讓系統能夠提前因應，而不是等問題發生後才做出反應。

如此可減少輪詢（Polling）與中斷處理的需求，並提升系統自主運作能力。

V. 專為真實世界的低電壓系統而設計

PAC1721 與 PAC1821 具備 0V 至 9V 的輸入範圍，以及 75V 絕對最大額定值（Absolute Maximum Rating），特別適合負載端與負載點（Point-of-Load，POL）的電源監測，同時具備因應瞬態與故障狀況所需的耐受能力。小型 VDFN 封裝以及標準 I²C／SMBus 介面，也讓這兩款元件能輕鬆整合至各類工業與嵌入式系統設計中。

特性	PAC1721	PAC1821
解析度	12 位元	16 位元
電壓範圍	0 至 9	0 至 9
警示數量	最多 2 組	最多 2 組
滿刻度範圍（Full Scale Range）	50 mV、100 mV	50 mV、100 mV
警示類型	欠電流／過電流； 欠電壓／過電壓； 過功率、突變限制	欠電流／過電流； 欠電壓／過電壓； 過功率、突變限制
額外功能	累積暫存器／警示	累積暫存器／警示
額外功能	低側功率監測（VDFN-10）	低側功率監測（VDFN-10）
封裝	VDFN-8、VDFN-10	VDFN-8、VDFN-10

將電源資訊轉化為更好的系統設計

如果您的系統採用低電壓電源軌，而且需要持續掌握功耗狀況，下一步不應只考慮「要量測什麼」，也應進一步評估「為了量測這些資訊，需要付出多少功耗成本」。

Microchip 的 PAC1721 與 PAC1821 可提供精準且可隨需求調整的電源監測能力，在符合系統功耗預算的同時，提供真正具有實用價值的資訊。歡迎造訪 Microchip 數位電源監測器產品頁面，進一步了解資料表、評估工具與應用資源，真正做到掌握每一瓦，同時省下每一微安。