信號(hào)鏈基礎(chǔ)知識(shí)：用子系統(tǒng)過流檢測(cè)和監(jiān)視重新審視系統(tǒng)級(jí)管理

作者：德州儀器 (TI) 感測(cè)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理，Dan Harmon。
如果設(shè)計(jì)師想要盡可能地提高性能和用戶體驗(yàn)，那么管理系統(tǒng)的熱性能是現(xiàn)代電子系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的內(nèi)容。隨著系統(tǒng)功能變得越來越強(qiáng)大，并且在很多情況下尺寸也越來越小，管理散熱系統(tǒng)配置已經(jīng)成為一項(xiàng)越來越具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。對(duì)電流的監(jiān)視能夠很好地指示出可能存在的散熱問題。目前，很多的集成商使用單個(gè)系統(tǒng)級(jí)熔絲或過流檢測(cè)器來監(jiān)視為系統(tǒng)供電的主電源。

從而在供電時(shí)做出涉及整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的決定，或者采取某些會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行的操作。雖然這種做法成本較低，但也使得系統(tǒng)無法優(yōu)化性能。替代方法是在子系統(tǒng)或模塊級(jí)執(zhí)行分布式過流檢測(cè)。這樣可以使決策變得更加高效。這個(gè)分布式監(jiān)視打消了用戶在三方面的顧慮：
? 系統(tǒng)利用率和效率的問題
? 確定故障識(shí)別
? 減輕系統(tǒng)控制器在事件檢測(cè)方面的負(fù)擔(dān)

系統(tǒng)利用率和效率

在這里，系統(tǒng)集成商在通過監(jiān)視子系統(tǒng)級(jí)電流來盡可能降低功耗的同時(shí)，想要最大限度地提高系統(tǒng)性能。為了更好的說明，我們以一個(gè)中央辦公室的情景為例。

Figure 1

通過監(jiān)視通信系統(tǒng)中某個(gè)服務(wù)器或通道內(nèi)的每一臺(tái)刀片服務(wù)器的負(fù)載電流，你能夠了解那個(gè)模塊的使用量何時(shí)增加或減少。在非峰值時(shí)間內(nèi)，只啟用一個(gè)單個(gè)卡片可以最大限度地降低功耗。在你監(jiān)視單個(gè)卡片所消耗的電流時(shí)，你可以檢測(cè)負(fù)載何時(shí)增加，并且相應(yīng)地啟用其它模塊來提高系統(tǒng)功能，而同時(shí)也增加了功耗。通過監(jiān)視每個(gè)子模塊的負(fù)載電流，你可以在盡可能減少有源功耗的同時(shí)，啟用合適數(shù)量的通信卡來優(yōu)化用戶訪問體驗(yàn)。

確定故障識(shí)別

當(dāng)任一故障被視為增加整個(gè)系統(tǒng)電流的原因時(shí)，可以使用一個(gè)系統(tǒng)范圍的故障識(shí)別方法來關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。雖然這也許對(duì)于關(guān)鍵系統(tǒng)保護(hù)或用戶安全很重要，但它并不能夠?qū)崿F(xiàn)確定性模塊關(guān)斷和調(diào)試。確定性故障識(shí)別與系統(tǒng)級(jí)保護(hù)之間對(duì)比關(guān)系的一個(gè)示例就是接地故障斷路器，或稱為GFCI。在GFCI系統(tǒng)中，單個(gè)插座具有內(nèi)置的故障識(shí)別和保護(hù)功能。這樣可實(shí)現(xiàn)特定插座被禁用，而不是禁用熔絲或斷路器上的整個(gè)電路。這樣可實(shí)現(xiàn)更加快速和簡(jiǎn)單的故障識(shí)別，并有可能縮短調(diào)試周期時(shí)間，以及停機(jī)時(shí)間。

Figure 2

本地化過流檢測(cè)可以使系統(tǒng)管理控制器精確定位故障所在。這個(gè)控制器能夠決定只關(guān)閉一個(gè)模塊，還是關(guān)閉系統(tǒng)的絕大部分，又或者在最差的情況下關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。由于維修人員知道問題所在，而不是逐一檢查每個(gè)子系統(tǒng)，這些信息還可實(shí)現(xiàn)更快速的調(diào)試，并盡可能減少停機(jī)時(shí)間。此外，這還可以使一部分系統(tǒng)關(guān)閉等待維修的同時(shí)，剩余的系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)正常運(yùn)行。

Figure 3

減輕事件檢測(cè)負(fù)擔(dān)

諸如德州儀器 (TI) INA300的經(jīng)簡(jiǎn)化過流檢測(cè)器件可被用作系統(tǒng)管理控制器的簡(jiǎn)單執(zhí)行中斷發(fā)生器。這就使系統(tǒng)管理控制器從不斷輪詢單個(gè)子系統(tǒng)的電流電平，并根據(jù)輪詢結(jié)果進(jìn)行決策的工作中解放出來。這就降低了對(duì)于系統(tǒng)管理控制器的總體處理要求，從而實(shí)現(xiàn)了更低的成本和功耗。

總結(jié)

分布式過流檢測(cè)為系統(tǒng)集成商提供了更好的系統(tǒng)利用率和效率、更快速和準(zhǔn)確的故障識(shí)別，并且能夠減輕系統(tǒng)控制器的事件檢測(cè)負(fù)擔(dān)。為了將影響降到最低，需要實(shí)現(xiàn)方式非常簡(jiǎn)單、易于管理，并且要求極小封裝。小型化和簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)方式是在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度或者不使系統(tǒng)變得更加龐大的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的關(guān)鍵所在。
我們將在下次介紹采樣率控制信號(hào)內(nèi)的抖動(dòng)是如何減少SAR-ADC ENOB的。我們期待著你的參與。

參考文獻(xiàn)

? 接地故障斷路器 (GFCI)，OSHA，美國勞工部
? 下載INA300數(shù)據(jù)表
? TI過流檢測(cè)產(chǎn)品—在多個(gè)應(yīng)用中防止過流，2014

關(guān)于作者

Dan Harmon是TI感測(cè)產(chǎn)品組的感測(cè)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理。在他為TI服務(wù)的29年中，他支持了很多種技術(shù)與產(chǎn)品的開發(fā)，其中包括接口產(chǎn)品、成像模擬前端 (AFE)、以及電荷耦合器件 (CCD) 傳感器。他還作為TI的USB-IF代表和TI USB 3.0推廣小組主席。Dan獲得了Dayton大學(xué)電子工程學(xué)士學(xué)位，以及阿靈頓德州大學(xué)電子工程碩士學(xué)位。