高可靠性的可編程電源管理解決方案

1、高可靠性的可編程電源管理解決方案系統(tǒng)工程師正受到降低成本和提高板牢靠性的壓力。一個(gè)常常被忽略的應(yīng)對措施是削減為、 微處理器和數(shù)字信號處理器舉行電源監(jiān)控而用法的元件數(shù)量。新穎的高集成度可編程電源電路將復(fù)位生成電路、定時(shí)器(wdt)和監(jiān)控器集成在單個(gè)器件之中。這種一體化計(jì)劃有助于降低系統(tǒng)成本，解決設(shè)計(jì)人員所關(guān)懷的牢靠性問題。本文研究將可編程規(guī)律、和集成在一起的創(chuàng)新解決計(jì)劃，該計(jì)劃使功能具有更高的精確性，同時(shí)還可降低成本。電源管理的挑戰(zhàn)一個(gè)典型的cpu電源電路1所示。對于典型的、 fpga或微處理器，各種電源電壓要求為：器件的核心電壓為1.2v、輔助電壓和pll電壓為3.3v、 i/o驅(qū)動電壓為1.

2、5v和1.8v。頻繁的電源設(shè)計(jì)的電壓是源于單一的5v輸入電源，通過一系列dc/dc轉(zhuǎn)換器后產(chǎn)生各種電源電壓。為提供猶如單電源印刷電路板一樣的牢靠性，必需對電路板上的全部電源舉行監(jiān)測，并能產(chǎn)生正確的cpu復(fù)位信號或電源故障中斷信號。圖1的電壓監(jiān)控塊是一個(gè)集成電路，當(dāng)電源發(fā)生故障或手動切斷電路板的電源時(shí)，它會發(fā)送信號給cpu。假如任何一個(gè)dc/dc轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障，電壓將上升或降低，超出正常工作電壓的范圍，從而導(dǎo)致cpu不能正常執(zhí)行程序。對cpu而言，一個(gè)潛在的最糟糕狀況是非易失性內(nèi)存被改寫，使系統(tǒng)無法啟動。假如電源發(fā)生故障時(shí)能夠中斷cpu，就能平安地中止當(dāng)前任務(wù)，為牢靠重新啟動保存重要信息。許多便

3、宜的電壓監(jiān)控器集成電路通常有一個(gè)被忽略的負(fù)作用，對于電壓變幻，監(jiān)控器的閾值將影響囫圇系統(tǒng)的容差。圖2解釋了這種狀況。核心電壓的規(guī)格為1v+/-5，假如cpu核心電壓低于0.95v，就要求監(jiān)控器必需發(fā)出一個(gè)中斷信號。然而，考慮到監(jiān)控器的閾值精度，電壓變幻的囫圇容差降低了。在這個(gè)例子中，該監(jiān)控器的閾值為0.95v2/-3(0.97v至0.93v)。采納這種監(jiān)控集成電路時(shí)，該閾值應(yīng)設(shè)置成0.97v ，這就限制了dc/dc轉(zhuǎn)換器的容差。圖1中的復(fù)位發(fā)生器塊是另一種較頻繁的分立集成電路，當(dāng)全部電壓穩(wěn)定后，它向cpu發(fā)出釋放復(fù)位輸入信號。在全部電源穩(wěn)定之后，cpu繼續(xù)保持復(fù)位模式一段時(shí)光是頻繁的狀況。例如

4、，power good信號有效后，移動式英特爾atom處理器期盼“脈沖延長”兩個(gè)毫秒的復(fù)位脈沖。惟獨(dú)到那個(gè)時(shí)刻，cpu才開頭執(zhí)行程序。圖1中的最后一個(gè)分立集成電路塊是看門狗定時(shí)器。假如主程序沒有對監(jiān)視器舉行定期服務(wù)，這個(gè)定時(shí)器件觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位。其目的是將系統(tǒng)從暫停狀態(tài)復(fù)原為正常運(yùn)行。提升電源管理的靈便性并降低成本電源，復(fù)位和看門狗定時(shí)器應(yīng)用需求是多種各樣的，這導(dǎo)致元件供給商提供大量的分立數(shù)字和混合信號元件，以協(xié)助設(shè)計(jì)人員應(yīng)對電源管理的挑戰(zhàn)。但是，假如采納分立電壓監(jiān)控器，復(fù)位和定時(shí)器電路會增強(qiáng)印刷電路板布局的復(fù)雜性，并提高成本。因?yàn)榘寮壖纳饔煤碗娫吹拈_關(guān)，電壓波動是正常的電源特性，減少成本的措施

5、之一是用法不太精確、成本更低的電壓監(jiān)控器件。然而，變幻超過1的便宜監(jiān)控器閾值會降低系統(tǒng)的電源紋波容差，并導(dǎo)致復(fù)位條件比實(shí)際需要的多。在一些設(shè)計(jì)中，另一個(gè)降低成本的措施是不監(jiān)測全部的電壓幅度，期望在正常工作期間，dc/dc轉(zhuǎn)換器沒有故障。這雖然降低了成本，牢靠性卻沒有保障。電路板的變幻迫使設(shè)計(jì)人員重新設(shè)計(jì)電源管理電路，每次設(shè)計(jì)都要用法各種元器件。用法功能固定的分立集成電路的重新設(shè)計(jì)經(jīng)常意味著要備有更多合格的元件，這將帶來很大的庫存量。許多電源管理電路設(shè)計(jì)存在著固有的缺點(diǎn)，因而設(shè)計(jì)者萌生了將復(fù)雜可編程器件與高精度集成在同一器件上的主意?？删幊唐骷闋顟B(tài)機(jī)或布爾規(guī)律描述的各種規(guī)律時(shí)序提供了靈便性。精

6、確可編程斷點(diǎn)的改進(jìn)型閾值監(jiān)控器使同一芯片可用于更廣泛的電源監(jiān)控應(yīng)用?？傊?，可編程的電源管理集成電路使具有普遍性的電源管理解決計(jì)劃實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化?？删幊屉娫垂芾砑呻娐穼?shí)例萊迪思的power manager ii是高集成度的產(chǎn)品，提升了許多板級監(jiān)控集成電路的精確性。這些電源管理器件將精密故障監(jiān)測電路、 和adc/dac電路集成在同一器件中。例如， power manager ii中的一個(gè)產(chǎn)品可監(jiān)控多達(dá)六個(gè)電源，并提供七個(gè)數(shù)字輸出，其中兩個(gè)輸出可配置成高電壓驅(qū)動器，另外五個(gè)輸出可配置成輸入。它還有兩個(gè)通用數(shù)字輸入端，可用于其他控制功能(圖3)。通過用法具有四個(gè)可編程定時(shí)器的可編程規(guī)律器件塊，該器件可以

7、產(chǎn)生cpu復(fù)位信號，包括脈沖延長和電源故障中斷信號。這種電源管理集成電路取代了如前所述的三個(gè)電壓監(jiān)控器、復(fù)位發(fā)生器和看門狗定時(shí)器電源管理集成電路，且成本較低。在某些狀況下，甚至取代兩個(gè)分立集成電路就可能會得到一個(gè)更經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)。電源管理集成電路的高集成度特性不但有助于節(jié)約時(shí)光和經(jīng)費(fèi)，還可用于多種設(shè)計(jì)。power manager ii powr607器件的6個(gè)電壓監(jiān)控器(vmon)都是自立可編程的。斷點(diǎn)提供192可編程點(diǎn)，囫圇范圍為0.667v到5.811v。當(dāng)電源關(guān)閉之后，每個(gè)都提供一個(gè)75mv零檢測挑選，以確定電源輸出是否已經(jīng)衰退到無效的狀況。假如被監(jiān)測的電壓大于斷點(diǎn)設(shè)置，每個(gè)比較器輸出一個(gè)規(guī)

8、律高電平至可編程器件塊。比較器提供設(shè)定點(diǎn)的滯回約1，以削減由電路板引入的輸入噪聲造成的誤觸發(fā)，以及因?yàn)槎鸬恼ｋ娫醇y波。過電壓和欠電壓電壓斷路點(diǎn)是可編程的，反映了被管理的dsp/fpga/微機(jī)的容差。每一個(gè)電壓監(jiān)控器提供一個(gè)數(shù)字，可以延時(shí)比較器的輸出，以避開假的觸發(fā)條件。針對cpu的看門狗定時(shí)器功能，該器件提供一個(gè)內(nèi)置的和可編程定時(shí)器電路，設(shè)定時(shí)序間隔范圍為32微秒到2秒。實(shí)際應(yīng)用證明了power manager ii器件對從事數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師和模擬電源設(shè)計(jì)者都頗具吸引力。該器件提供一個(gè)容易的軟件可編程接口，通過一個(gè)暗示框圖允許設(shè)計(jì)者用對話框配置模擬塊，通過一個(gè)方程構(gòu)造器就能夠簡單地構(gòu)建復(fù)位時(shí)序。該器件提供了在系統(tǒng)可編程(isp)的jtag接口，并可拜訪標(biāo)準(zhǔn)的jedec的文件格式。當(dāng)器件已安裝在電路板上時(shí)，可通過isp接口對電路的功能舉行修改或升級。通