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多电源模块源体系的监控和时序控制

标签:电源,模块,体系,监控,时序,控制 时间:2020年05月31日 阅读34
【导读】现今,电源模块子体系每每具有很多不同的电源模块源轨。在采用模仿电源模块路和微处理器、DSP、ASIC、FPGA的体系中,尤其如此。为实现可靠、可重复的操作,必须监控各电源模块源电源模块压的开关时序、上升和降落速率、加电源模块顺序以及幅度。既定的电源模块源体系设计可能包括电源模块源时序控制、电源模块源跟踪、电源模块源电源模块压/电源模块流监控和控制。有各种各样的电源模块源管理IC可以实行时序控制、跟踪、上电源模块和关断监控等功能。   时序控制和跟踪器件可以监控和控制多个电源模块源轨,其功能可能包括设置开启时间和电源模块压上升速率、欠压和过压故障检测、余量微调(在标称电源模块压值的肯定范围内调整电源模块源电源模块压)以及有序关断。适合这些应用的IC种类浩繁,简单的如行使电源模块阻、电源模块容和比较器构成的纯模仿器件,复杂的如高集成度状况机和通过 I2C bus.总线进行数字控制的可编程器件。某些情况下,体系的电源模块压调节器和控制器可能包括关键控制功能.   对于采用多个开关控制器和调节器的体系,还有一个考虑是器件以不同开关频率工作时,如何将产生的体系噪声降至最低。常常必要同步调节器的时钟,事实上,现在的很多高性能开关控制器和调节器都可以与外部时钟同步。   多电源模块源体系的监控和时序控制 图1. 电源模块源轨的控制类型   电源模块源时序控制和跟踪   所谓电源模块源时序控制,是指以指定顺序开关电源模块源。电源模块源时序控制可以简单地基于既定的时间顺序,或者一个电源模块源的开启时间取决于另一个电源模块源何时达到设定的阈值。电源模块源跟踪基于如许一个事实:电源模块源电源模块压无法(一样平常也不应)瞬间改变。电源模块源体系设计师可以行使这一特征,有用地控制体系中各电源模块源相对于其它电源模块源的斜率。电源模块源跟踪分为三类:同步、比率和偏移。图1中的四幅图对时序控制、同步跟踪、比率跟踪和偏移跟踪进行了比较。   图1a中,三个电源模块源按肯定的时间顺序开启和关闭。首先是3.3 V电源模块源开启北京人事考试网站,后续电源模块源的开启和关闭耽误时间取决于应用的必要。假如额定最大值要求电源模块源按肯定的顺序激活,这种简单的时序控制技术将能确保有源器件的电源模块压不会超过额定最大值。举例来说,在ADC驱动的放大器上电源模块之前,我们必须保证ADC的电源模块源存在,否则可能损坏ADC的前端。   图1b表现同步跟踪情况,所有三个电源模块源同时开启,并且以雷同的速率彼此跟踪,因此最低电源模块源电源模块压首先建立,然后是较高的电源模块源电源模块压。电源模块源关断以相反的体例进行。这个例子很好地说明了旧式FPGA或微处理器应用中电源模块源是如何接通的:首先激活较低的内核电源模块压,然后接通辅助或I/O电源模块源。稍后将以Xilinx Virtex-5 FPGA的同步跟踪举例说明。   图1c中,电源模块源以不同的斜率上电源模块。如前所述,能够对电源模块源的斜率dV/dt进行控制是一个特别很是有效的特征,它可以防止电源模块路中去耦电源模块容的大浪涌电源模块流(充电源模块电源模块流)损坏器件。假如不加限定的话,浪涌电源模块流可能大大超过标称工作电源模块流。斜率限定可以防止有源器件闩锁、电源模块容短路、PCB走线受损以及线路保险丝熔断。   图1d中,所有电源模块源具有雷同的斜率,但其施加时间由预定的失调电源模块压决定。此类跟踪适用于必要限定电源模块源电源模块压差(常常出如今DAC和ADC等混合旌旗灯号器件的额定最大值部分)的器件,这种方法可以防止器件永世性受损。   基于FPGA的设计示例   使用FPGA体系的供电源模块是探究多电源模块源体系处理的活教材。适当的FPGA电源模块源控制对于实现可靠、可重复的设计至关紧张,否则可能会在实验室甚至现场引发灾祸性故障。大多数FPGA具有多个电源模块源轨,一样平常透露表现为 VCCO, VCCAUX,和 VCCINT.这些电源模块源分别用于为FPGA内核、辅助电源模块路(如时钟和PLL等)、接口逻辑供电源模块.   这些电源模块源轨必要考虑的事项可以分为如下几类:   ● 电源模块源轨的时序控制 ● 电源模块源轨电源模块压的容差要求 ● 电源模块源可能有软启动或斜率控制需求   下面以Xilinx Virtex-5系列FPGA的电源模块源要求为例来说明,该系列提供很多特征,包括逻辑可编程能力、旌旗灯号处理和时钟管理。根据数据手册,Virtex-5的电源模块源上电源模块顺序要求为 VCCINT, VCCAUX,和 VCCO.这些电源模块源相对于地的斜坡时间为200 μs(最小值)至50 ms(最大值)。建议工作条件如表1所示。   表1. Xilinx Virtex-5电源模块源轨要求 多电源模块源体系的监控和时序控制   如前所述,Virtex-5要求同步电源模块压跟踪。此外,电源模块源必须在特定的建议工作容差范围内新疆人事考试,而且必须在特定的dV/dt范围内上升和降落.dV/dt.   但是,FPGA只是一个较大体系的一部分。为了进一步阐明本例,假设有一个高电源模块流、5 V主体系电源模块源轨。为FPGA内核供电源模块的1 V电源模块源具有±5% (±50 mV)的容差,必要提供最高4 A的电源模块流。3 V电源模块源为通用逻辑电源模块源,具有±5%的容差,在本例中必要提供4 A电源模块流以便为FPGA I/O和设计中的其它逻辑器件供电源模块。2.5 V电源模块源为模仿电源模块源,必要提供低噪声的100 mA电源模块流.   针对此应用,行使双通道降压控制器ADP1850 提供1 V和3 V高电源模块流电源模块源是一个很好的解决方案。ADP1850具有很多特征,其中包括:软启动控制、同步跟踪以及主从电源模块源时序控制。上电源模块时的上升速率由SS1和SS2引脚上的电源模块容控制。本例中,3 V数字电源模块源是主电源模块源。针对2.5 V模仿电源模块源,超低噪声 低压差调节器(LDO)ADP150 是绝佳选择建网站费用,它可以行使ADP1850的PGOOD2旌旗灯号进行时序控制。图2为该体系的简化框图,表现了时序控制的一样平常流程,详情参见ADP1850数据手册。   多电源模块源体系的监控和时序控制 图2. Virtex-5的电源模块源体系   上例说明了时序控制和跟踪的常见使用体例,可以将其扩展到当今的很多多电源模块源体系,包括基于微处理器的体系和涉及混合旌旗灯号技术(ADC和DAC)的体系。   模仿电源模块压和电源模块流监控(ADM1191)   针对要求细密监控多个体系电源模块源电源模块流和电源模块压的高可靠性应用,可以使用简单易行的模仿监控电源模块路。例如, 数字电源模块源监控器 ADM1191 提供1%的测量精度,包括一个用于电源模块流和电源模块压回读的12位ADC、一个细密电源模块流检测放大器以及一起用于提供过流停止的ALERTB输出。图3表现了ADM1191结合一个主控制器(如微处理器或微控制器等)的应用。   多电源模块源体系的监控和时序控制 图3. 简单的电源模块源电源模块压和电源模块流监控器   ADM1191通过I2C 总线与主控制器通讯。通过配置A0和A1引脚的逻辑输入电源模块平,统一体系最多可以支撑16个器件的寻址。本地控制器可以将测得的电源模块压与电源模块流相乘,从而计算电源模块源轨的功耗。发生过流状态时,ALERTB旌旗灯号通过一个停止快速关照控制器,这个关于故障状态的快速报警可以帮助珍爱体系免遭损坏。   时序控制和监控的结合   大型固定体系,甚至某些高性能插卡,具有很多必要控制和监控的电源模块源轨。图4涉及到一个具有8个电源模块源轨的复杂电源模块源体系的控制。体系的核心是ADM1066, 它是一款天真的高集成度超级电源模块源时序控制器Super Sequencer®可提供完备的电源模块源控制功能,特征包括时序控制、监控、余量微调和编程能力。ADM106x系列中的其它器件还具有温度监控和看门狗功能。   多电源模块源体系的监控和时序控制 图4. 8轨电源模块源体系的控制   8轨体系具有三个主电源模块源轨:12 V、5 V和3 V。其它电源模块源轨则是行使开关调节器和LDO从这些主电源模块源轨产生。每个调节器具有一起使能输入网站访客QQ抓取,它由ADM1066的10路可编程驱动器(PD)输出之一驱动,因此用户可以按照肯定的受控顺序使所有电源模块源轨上电源模块。ADM1066具有一个片上电源模块荷泵,可以提拔6路PD输出电源模块压以提供外部N-MOSFET的高驱动电源模块压;当必要控制更高电源模块压的电源模块源时,外部N-MOSFET用作电源模块源轨开关。   ADM1066具有片上EEPROM,用以存储电源模块源体系控制参数。ADI公司的实用程序 为器件配置提供了便利,大大简化了上电源模块和运行义务,消弭了费时的代码开发工作。当体系进一步发展,以及有新器件加入设计时,可以轻松调整电源模块源序列。时序参数和电源模块压跳变点很容易重新编程。这个功能特别很是有效,可以节省开发时间,降低电源模块路板开发可能延误的风险   数字输出旌旗灯号——PWRGD(电源模块源优秀)、VALID和SYSRST(体系恢复)——由ADM1066在轮询时产生,或者通过停止/数字输入提供,以便将电源模块源体系的状况告知体系微控制器,从而在发生故障时能够采取措施。这种快速关照可以防止电源模块容短路和其它伤害状态引发灾祸性损害。PWR_ON和/RESET是从体系控制器到ADM1066的数字输入,用以形成完备的体系控制环路。   行使ADM1066进行电源模块源余量微调   在体系开发期间,当设计工程师必要调整电源模块源电源模块压以优化其电源模块平或使其偏离标称值时,可以使用ADM1066的片内DAC来实行电源模块源余量微调。行使这种余量微调特征,可以在电源模块源限定范围内对体系进行周全特征测试,而不必要使用外部仪器。该功能通常是在在线测试(ICT)期间实行,例如:当制造商盼望保证受测产品能够在标称电源模块源电源模块压±5%的范围内正常工作时。基于图4所示的电源模块路,用户可以在很多电源模块源轨上实现余量微调。   开环电源模块源余量微调   对DC/DC转换器或LDO等电源模块源进行余量微调的最简单方法,是将额外电源模块阻切换到电源模块源模块的反馈节点中,以改变反馈或调整节点的电源模块压,从而行使DAC迫使输出电源模块压上调或下调所需的幅度。采用这种衰减器(图5)时,可以通过SMBus更新相干DAC输出的值,从而长途饬令ADM11066实行电源模块源余量微调。该过程可以行使自力于体系控制环路的开环技术实现。   多电源模块源体系的监控和时序控制 图5. 开环余量微调   ADM1066最多可以为6个电源模块源实行开环余量微调,它行使6个片上电源模块压输出DAC(DAC1至DAC6)驱动要微调的电源模块源模块的反馈引脚。实现这一功能的最简单电源模块路是行使一个衰减电源模块阻(R3),将DACx引脚连接到DC/DC转换器的反馈节点。当DACx输出电源模块压设定为与反馈电源模块压相称时,无电源模块流流入衰减电源模块阻,DC/DC转换器的输出电源模块压不发生转变。当DACx输出电源模块压高于反馈电源模块压时,电源模块流流入反馈节点,DC/DC转换器的输出必须降落以进行补偿。要提拔DC/DC转换器输出,DACx输出电源模块压设定值须低于反馈节点电源模块压。为降低噪声,如图中所示,可以将该串联电源模块阻分成两个电源模块阻,其间的节点可以通过一个电源模块容去耦到DC/DC转换器的地   闭环电源模块源余量微调   一种更正确、更周全的余量微调方法是在闭环体系中使用类似的电源模块路。图4所示为针对1.2 V输出的一个例子。要微调的电源模块源轨电源模块压可以通过VX2回读,确保将其正确调整到目标电源模块压。ADM1066集成了实行微调所需的悉数电源模块路,12位逐次逼近型ADC用于读取受监控电源模块压的电源模块平,6个电源模块压输出DAC用于按照上述方法调整电源模块源电源模块平。这些电源模块路可以配合微控制器等其它智能器件使用,以实现闭环余量微调体系,它可以将DC/DC转换器或LDO电源模块源设定到任何电源模块压,精度为目标值的±0.5%。   为了在要测试的电源模块源轨上实现闭环余量微调,请实行下列步骤:   1. 禁用6路DACx输出。 2. DACx输出电源模块压设定为反馈节点电源模块压 3. 使能DAC 4. 读取连接到VPx、VH或VXx引脚之一的DC/DC转换器输出的电源模块压。 5. 必要时,进步或降低DACx输出电源模块压以调整DC/DC转换器输出电源模块压。否则就制止,目标电源模块压已经达到。 6. 将DAC输出电源模块压设定为某一值,使电源模块源输出改变所需的幅度(例如±5%)。 7. 重复该过程,直至达到该电源模块源轨所需的电源模块压   步骤1至3确保各DACx输出缓冲器开启时,它对DC/DC转换器输出的直接影响特别很是小。DAC输出缓冲器的作用是消弭上电源模块时的瞬变"毛刺",由于缓冲器首先上电源模块并追随引脚电源模块压,此时它不驱动该引脚。一旦输出缓冲器精确使能,缓冲器输入即切换到DAC,缓冲器的输出级开启,从而消弭输出毛刺。   开关调节器的同步   在具有多个电源模块源轨并使用一个以上开关调节器或控制器的体系中,因为内部开关频率的差异,这些器件之间可能会相互作用。这会引起拍频谐波,大幅进步电源模块源噪声,紧张影响EMI测试。荣幸的是,很多开关控制器和调节器在设计上都支撑内部时钟同步。LDO不存在这个题目,但其电源模块流输出有限,并且在大多数情况服从较差,因此偶然可能不合必要。   双通道开关调节器、ADP2116 就是可同步器件的一个很好的例子。通过SCFG引脚,可将其SYNC/CLKOUT引脚配置为输入SYNC引脚或输出CLKOUT引脚。作为输入SYNC引脚,它可让ADP2116与外部时钟同步,两个通道以外部时钟频率的一半、彼此180°错相工作。   作为输出CLKOUT引脚,它可提供输出时钟,其频率是通道开关频率的两倍且90°错相。因此,一个配置为CLKOUT的ADP2116可以充当主转换器,为所有其它DC/DC转换器(包括其它ADP2116器件)提供外部时钟(图6)。配置为从器件时,它接收主器件的外部时钟并与之同步。通过同步体系内的所有DC/DC转换器,这种方法可防止产生能导致EMI题目的拍频谐波。   多电源模块源体系的监控和时序控制 图6. 行使外部时钟同步多个ADP2116   结束语   本文讨论多电源模块源体系的处理方法。时序控制器、监控器、调节器和控制器具有特别很是高的功能集成度,便于设计工程师处理潜在的电源模块源题目,而无需采用悉数是分立IC的电源模块路板。这些器件对设计工程师特别很是有效,可以进步设计成功的概率,降低重新设计的可能性和电源模块路板开发延误的风险。     参考电源模块路   Moloney, Alan. “Power Supply Management—Principles, Problems, and Parts.” Analog Dialogue. 40-2. May 2006.    

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