如何簡化電源系統(tǒng)排序和監(jiān)察資料下載

作者：ADI公司 混合信號(hào)產(chǎn)品部 高級(jí)應(yīng)用工程師 Nathan Enger 設(shè)計(jì)多軌電源時(shí)，每增加一個(gè)電源軌，挑戰(zhàn)都會(huì)成倍增加。設(shè)計(jì)師必須考慮怎樣動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)電源排序和定時(shí)、加電復(fù)位、故障監(jiān)視、提供恰當(dāng)?shù)捻憫?yīng)以保護(hù)系統(tǒng)等方方面面。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師都知道，隨著項(xiàng)目從原型向生產(chǎn)環(huán)境轉(zhuǎn)變，成功應(yīng)對(duì)這種動(dòng)態(tài)變化環(huán)境的關(guān)鍵是靈活性。在開發(fā)過程中，能夠最大限度減少軟硬件更改的解決方案是理想解決方案。 理想的多軌電源設(shè)計(jì)方法是，一項(xiàng)設(shè)計(jì)自始至終只用一個(gè) IC，在該產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中無需更改布線。該 IC 對(duì)多個(gè)電源軌自主進(jìn)行監(jiān)察和排序，并與其他 IC 協(xié)作，無縫地監(jiān)察系統(tǒng)中多個(gè)電源穩(wěn)壓器，提供故障和復(fù)位管理。當(dāng)系統(tǒng)連接到 I2C 總線時(shí)，設(shè)計(jì)師可以運(yùn)用功能強(qiáng)大、基于 PC 的軟件，實(shí)時(shí)配置系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可視化并調(diào)試系統(tǒng)。 LTC2937 正合需求。這是一款具 EEPROM 的 6 通道電壓排序器和高準(zhǔn)確度監(jiān)察器。6 個(gè)通道每個(gè)都有兩個(gè)專用的比較器以±0.75%的準(zhǔn)確度準(zhǔn)確地監(jiān)視過壓和欠壓情況。比較器門限可在 0.2V 至 6V 范圍內(nèi)以 8 位分辨率單獨(dú)地設(shè)定。這些比較器速度很快，具10μs抑峰傳輸延遲。每個(gè)排序器通道都有一個(gè)使能輸出，可控制一個(gè)外部穩(wěn)壓器或一個(gè)通路 FET 的柵極。監(jiān)察器電壓和排序器定時(shí)的所有方面都是可單獨(dú)配置的，包括向上排序和向下排序順序、排序定時(shí)參數(shù)、以及故障響應(yīng)。內(nèi)置 EEPROM 使該器件完全實(shí)現(xiàn)了自主化，能夠以正確狀態(tài)加電以控制系統(tǒng)。此外，多個(gè) LTC2937 可協(xié)作運(yùn)行，以對(duì)一個(gè)系統(tǒng)中多達(dá) 300 個(gè)電源自主排序，進(jìn)行所有操作時(shí)都使用單條通信總線。 通過 LTC2937 的自主故障響應(yīng)行為以及調(diào)試寄存器，可控制、查看和管理電源故障。LTC2937 自動(dòng)檢測故障情況，并能夠以協(xié)調(diào)一致的方式給系統(tǒng)斷電。該器件可保持?jǐn)嚯?，或嘗試在故障后重新給電源排序。在具備微控制器和 I2C/SMBus的系統(tǒng)中，LTC2937 提供有關(guān)故障類型和原因以及系統(tǒng)狀態(tài)的詳細(xì)信息。微控制器可以就怎樣響應(yīng)做出決定，或者允許 LTC2937 自己響應(yīng)。 表 1：具 EEPROM 的可編程 6 通道排序器和監(jiān)察器 電源控制的 3 個(gè)步驟 一個(gè)電源周期有 3 個(gè)運(yùn)行步驟：加電排序、監(jiān)視和斷電排序。圖 2 針對(duì)一個(gè)典型系統(tǒng)顯示了這些階段。在加電排序時(shí)，每個(gè)電源都必須等待，然后在指定的時(shí)間內(nèi)加電到正確的電壓。在監(jiān)視階段，每個(gè)電源都必須保持在指定的過壓和欠壓限制之內(nèi)。在斷電排序時(shí)，每個(gè)電源都必須等待 (順序常常與加電排序順序不同)，然后在設(shè)定時(shí)間內(nèi)斷電。在任意時(shí)刻都有可能出錯(cuò)，導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)故障。設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)就是，設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，其中所有這些步驟以及所有變量都可輕易配置，但必須仔細(xì)控制。 圖 1：LTC2937 對(duì) 6 個(gè)電源排序圖 2：電源排序波形 當(dāng) ON 輸入轉(zhuǎn)換至有效時(shí)，加電排序開始。LTC2937 按照向上排序順序逐一加電，使每個(gè)電源依次啟動(dòng)，并進(jìn)行監(jiān)視，以確保電源電壓在指定時(shí)間之前上升至高于所設(shè)定的門限。任何電源，如果未能滿足設(shè)定時(shí)間要求，都會(huì)觸發(fā)排序故障。 提供排序位置時(shí)鐘是 LTC2937 的獨(dú)特優(yōu)勢。每個(gè)通道都分配了一個(gè)排序位置 (1 至 1023)，并在 LTC2937 計(jì)數(shù)到給定排序位置序號(hào)時(shí)接收啟動(dòng)信號(hào)。具排序位置 1 的通道總是在具排序位置 2 的通道之前啟動(dòng)。如果更改了系統(tǒng)規(guī)定，要求這兩個(gè)通道以不同的順序排序，那么排序位置可以交換，在計(jì)數(shù)到排序位置 1 時(shí)給第二個(gè)通道加電，計(jì)數(shù)到排序位置 2 時(shí)給第一個(gè)通道加電。多個(gè) LTC2937 可以共享排序位置信息，以便對(duì)所有 LTC2937 芯片而言，排序位置 N 同時(shí)出現(xiàn)，由不同芯片控制的通道可以參與到相同的排序中 (參見圖 3)。 圖 3：多個(gè) LTC2937 的典型連接 當(dāng)最后一個(gè)通道加電并跨過其欠壓門限后，監(jiān)視階段開始。在監(jiān)視階段，LTC2937 運(yùn)用其高準(zhǔn)確度比較器連續(xù)監(jiān)視每個(gè)輸入的電壓，看其是否超越過壓和欠壓門限。該器件忽視輸入信號(hào)上較小的干擾，僅在電壓以足夠的幅度超越門限并持續(xù)足夠長時(shí)間時(shí)才觸發(fā)。當(dāng) LTC2937 檢測到故障時(shí)，會(huì)按照所設(shè)定的監(jiān)察器故障響應(yīng)行為，立即做出響應(yīng)。在典型情況下，該器件同時(shí)關(guān)斷所有電源，向系統(tǒng)確定 RESETB，然后嘗試按照正常啟動(dòng)順序重新加電。這可防止電源給系統(tǒng)的一部分供電而其他部分得不到供電，或者防止系統(tǒng)在故障后執(zhí)行不一致的故障恢復(fù)。一個(gè)系統(tǒng)中的多個(gè) LTC2937 可分享故障狀態(tài)信息，相互對(duì)對(duì)方的故障做出響應(yīng)，從而在故障恢復(fù)時(shí)，保持協(xié)作通道之間完全的一致性。LTC2937 提供無數(shù)可編程故障響應(yīng)行為，以滿足很多不同的系統(tǒng)配置需求。 當(dāng) ON 輸入轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，斷電排序階段開始。排序位置時(shí)鐘再次開始計(jì)數(shù)，以給電源斷電，不過所有斷電排序參數(shù)都不受加電排序參數(shù)影響。通道可以按照任何順序斷電排序，而且多個(gè) LTC2937 芯片協(xié)調(diào)所有受控電源的排序。在斷電排序時(shí)，每個(gè)電源必須在指定時(shí)間限制之內(nèi)下降至低于其放電門限，否則會(huì)觸發(fā)排序故障。LTC2937 可用一個(gè)可選電流源拉低電源電壓，以使變化速度慢的電源有效放電。 排序位置時(shí)鐘強(qiáng)制執(zhí)行基于事件的排序順序，每個(gè)事件等待之前的事件發(fā)生之后才能繼續(xù)。LTC2937 還允許基于時(shí)間的排序，可用于在預(yù)定時(shí)間點(diǎn)啟動(dòng)電源軌的系統(tǒng)中。可重新配置的寄存器既可在基于時(shí)間的排序模式、又可在基于事件的排序模式下運(yùn)行。 LTpowerPlay讓事情變得簡單了 LTC2937 有一套廣泛、功能強(qiáng)大的寄存器，而控制這些寄存器很簡單。LTpowerPlay的圖形用戶界面 (GUI) 在一個(gè)簡便的界面中，顯示狀態(tài)寄存器和調(diào)試寄存器中的所有信息。GUI 在I2C/SMBus上與ADI的任何電源系統(tǒng)管理 IC (包括 LTC2937) 通信。配置一個(gè)或多個(gè) LTC2937 只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)這么簡單。 LTpowerPlay將設(shè)置值保存在 PC 上，并可將設(shè)置值寫到 LTC2937 的 EEPROM 中。該 GUI 還顯示系統(tǒng)故障的所有調(diào)試信息。LTpowerPlay可顯示任一電源何時(shí)出現(xiàn)了過壓或欠壓，或者，某個(gè)電源是否未能成功完成排序定時(shí)。故障后，該 GUI 允許徹底控制系統(tǒng)重啟。在設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，即啟動(dòng)、配置、調(diào)制和運(yùn)行階段，LTpowerPlay是系統(tǒng)性能不可或缺的窗口。 圖 4：LTpowerPlay的圖形用戶界面 (GUI) 在一個(gè)簡便的界面中顯示狀態(tài)寄存器和調(diào)試寄存器中的所有信息。配置一個(gè)或多個(gè) LTC2937 只需點(diǎn)擊幾下鼠標(biāo)這么簡單。LTpowerPlay將設(shè)置值保存在 PC 上，并可將設(shè)置值寫到 LTC2937 的 EEPROM 中。 結(jié)論 LTC2937 簡化了電源系統(tǒng)排序和監(jiān)察。該器件僅需占用非常少的電路板空間，就可構(gòu)成一個(gè)完整系統(tǒng)。LTC2937 非常靈活、可重新配置，而通過 EEPROM 寄存器又可自主運(yùn)行。該器件可獨(dú)立運(yùn)行，或者與一個(gè)大型系統(tǒng)中的其他芯片一起使用，無縫協(xié)調(diào)多達(dá) 300 個(gè)電源的運(yùn)行? (mbbeetchina)