多電源系統的監控和時(shí)序控制

ADM1191通過(guò) I2C 總線(xiàn)與主控制器通信。通過(guò)配置A0和A1引腳的邏輯輸入電平，同一系統最多可以支持16個(gè)器件的尋址。本地控制器可以將測得的電壓與電流相乘，從而計算電源軌的功耗。發(fā)生過(guò)流狀況時(shí)，ALERTB信號通過(guò)一個(gè)中斷快速通知控制器，這個(gè)關(guān)于故障狀況的快速報警可以幫助保護系統免遭損壞。

時(shí)序控制和監控的結合

大型固定系統，甚至某些高性能插卡，具有許多需要控制和監控的電源軌。圖4涉及到一個(gè)具有8個(gè)電源軌的復雜電源系統的控制。系統的核心是ADM1066它是一款靈活的高集成度超級電源時(shí)序控制器Super Sequencer? 可提供完整的電源控制功能，特性包括時(shí)序控制、監控、余量微調和編程能力。ADM106x系列中的其它器件還具有溫度監控和看門(mén)狗功能。

圖4. 8軌電源系統的控制

8軌系統具有三個(gè)主電源軌：12 V、5 V和3 V.其它電源軌則是利用開(kāi)關(guān)調節器和LDO從這些主電源軌產(chǎn)生。每個(gè)調節器具有一路使能輸入，它由ADM1066的10路可編程驅動(dòng)器(PD)輸出之一驅動(dòng)，因此用戶(hù)可以按照一定的受控順序使所有電源軌上電。ADM1066具有一個(gè)片上電荷泵，可以提升6路PD輸出電壓以提供外部N-MOSFET的高驅動(dòng)電壓;當需要控制更高電壓的電源時(shí)，外部N-MOSFET用作電源軌開(kāi)關(guān)。

ADM1066具有片上EEPROM,用以存儲電源系統控制參數。ADI公司的實(shí)用程序為器件配置提供了便利，大大簡(jiǎn)化了上電和運行任務(wù)，消除了費時(shí)的代碼開(kāi)發(fā)工作。當系統進(jìn)一步發(fā)展，以及有新器件加入設計時(shí)，可以輕松調整電源序列。時(shí)序參數和電壓跳變點(diǎn)很容易重新編程。這個(gè)功能非常有用，可以節省開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低電路板開(kāi)發(fā)可能延誤的風(fēng)險

數字輸出信號--PWRGD(電源良好)、VALID和SYSRST(系統恢復)--由ADM1066在輪詢(xún)時(shí)產(chǎn)生，或者通過(guò)中斷/數字輸入提供，以便將電源系統的狀態(tài)告知系統微控制器，從而在發(fā)生故障時(shí)能夠采取措施。這種快速通知可以防止電容短路和其它危險狀況引發(fā)災難性損害。PWR_ON和/RESET是從系統控制器到ADM1066的數字輸入，用以形成完整的系統控制環(huán)路。

利用ADM1066進(jìn)行電源余量微調

在系統開(kāi)發(fā)期間，當設計工程師需要調整電源電壓以?xún)?yōu)化其電平或使其偏離標稱(chēng)值時(shí)，可以使用ADM1066的片內DAC來(lái)執行電源余量微調。利用這種余量微調特性，可以在電源限制范圍內對系統進(jìn)行全面特性測試，而不需要使用外部?jì)x器。該功能通常是在在線(xiàn)測試(ICT)期間執行，例如：當制造商希望保證受測產(chǎn)品能夠在標稱(chēng)電源電壓±5%的范圍內正常工作時(shí)?；趫D4所示的電路，用戶(hù)可以在許多電源軌上實(shí)現余量微調。

開(kāi)環(huán)電源余量微調

對DC/DC轉換器或LDO等電源進(jìn)行余量微調的最簡(jiǎn)單方法，是將額外電阻切換到電源模塊的反饋節點(diǎn)中，以改變反饋或調整節點(diǎn)的電壓，從而利用DAC迫使輸出電壓上調或下調所需的幅度。采用這種衰減器(圖5)時(shí)，可以通過(guò)SMBus更新相關(guān)DAC輸出的值，從而遠程命令ADM11066執行電源余量微調。該過(guò)程可以利用獨立于系統控制環(huán)路的開(kāi)環(huán)技術(shù)實(shí)現。

圖5. 開(kāi)環(huán)余量微調

ADM1066最多可以為6個(gè)電源執行開(kāi)環(huán)余量微調，它利用6個(gè)片上電壓輸出DAC(DAC1至DAC6)驅動(dòng)要微調的電源模塊的反饋引腳。實(shí)現這一功能的最簡(jiǎn)單電路是利用一個(gè)衰減電阻(R3)，將DACx引腳連接到DC/DC轉換器的反饋節點(diǎn)。當DACx輸出電壓設定為與反饋電壓相等時(shí)，無(wú)電流流入衰減電阻，DC/DC轉換器的輸出電壓不發(fā)生變化。當DACx輸出電壓高于反饋電壓時(shí)，電流流入反饋節點(diǎn)，DC/DC轉換器的輸出必須下降以進(jìn)行補償。要提升DC/DC轉換器輸出，DACx輸出電壓設定值須低于反饋節點(diǎn)電壓。為降低噪聲，如圖中所示，可以將該串聯(lián)電阻分成兩個(gè)電阻，其間的節點(diǎn)可以通過(guò)一個(gè)電容去耦到DC/DC轉換器的地

閉環(huán)電源余量微調

一種更精確、更全面的余量微調方法是在閉環(huán)系統中使用類(lèi)似的電路。圖4所示為針對1.2 V輸出的一個(gè)例子。要微調的電源軌電壓可以通過(guò)VX2回讀，確保將其精確調整到目標電壓。ADM1066集成了執行微調所需的全部電路，12位逐次逼近型ADC用于讀取受監控電壓的電平，6個(gè)電壓輸出DAC用于按照上述方法調整電源電平。這些電路可以配合微控制器等其它智能器件使用，以實(shí)現閉環(huán)余量微調系統，它可以將DC/DC轉換器或LDO電源設定到任何電壓，精度為目標值的±0.5%.

為了在要測試的電源軌上實(shí)現閉環(huán)余量微調，請執行下列步驟：

禁用6路DACx輸出。

DACx輸出電壓設定為反饋節點(diǎn)電壓

使能DAC

讀取連接到VPx、VH或VXx引腳之一的DC/DC轉換器輸出的電壓。

需要時(shí)，提高或降低DACx輸出電壓以調整DC/DC轉換器輸出電壓。否則就停止，目標電壓已經(jīng)達到。

將DAC輸出電壓設定為某一值，使電源輸出改變所需的幅度(例如±5%)。

重復該過(guò)程，直至達到該電源軌所需的電壓

步驟1至3確保各DACx輸出緩沖器開(kāi)啟時(shí)，它對DC/DC轉換器輸出的直接影響非常小。DAC輸出緩沖器的作用是消除上電時(shí)的瞬變毛刺,因為緩沖器首先上電并跟隨引腳電壓，此時(shí)它不驅動(dòng)該引腳。一旦輸出緩沖器正確使能，緩沖器輸入即切換到DAC,緩沖器的輸出級開(kāi)啟，從而消除輸出毛刺。

開(kāi)關(guān)調節器的同步

在具有多個(gè)電源軌并使用一個(gè)以上開(kāi)關(guān)調節器或控制器的系統中，由于內部開(kāi)關(guān)頻率的差異，這些器件之間可能會(huì )相互作用。這會(huì )引起拍頻諧波，大幅提高電源噪聲，嚴重影響EMI測試。幸運的是，許多開(kāi)關(guān)控制器和調節器在設計上都支持內部時(shí)鐘同步。LDO不存在這個(gè)問(wèn)題，但其電流輸出有限，并且在大多數情況效率較差，因此有時(shí)可能不合需要。

雙通道開(kāi)關(guān)調節器ADP2116 就是可同步器件的一個(gè)很好的例子。通過(guò)SCFG引腳，可將其SYNC/CLKOUT引腳配置為輸入SYNC引腳或輸出CLKOUT引腳。作為輸入SYNC引腳，它可讓ADP2116與外部時(shí)鐘同步，兩個(gè)通道以外部時(shí)鐘頻率的一半、彼此180°錯相工作。

作為輸出CLKOUT引腳，它可提供輸出時(shí)鐘，其頻率是通道開(kāi)關(guān)頻率的兩倍且90°錯相。因此，一個(gè)配置為CLKOUT的ADP2116可以充當主轉換器，為所有其它DC/DC轉換器(包括其它ADP2116器件)提供外部時(shí)鐘(圖6)。配置為從器件時(shí)，它接收主器件的外部時(shí)鐘并與之同步。通過(guò)同步系統內的所有DC/DC轉換器，這種方法可防止產(chǎn)生能導致EMI問(wèn)題的拍頻諧波。

圖6. 利用外部時(shí)鐘同步多個(gè)ADP2116

結束語(yǔ)

本文討論多電源系統的處理方法。時(shí)序控制器、監控器、調節器和控制器具有非常高的功能集成度，便于設計工程師處理潛在的電源問(wèn)題，而無(wú)需采用全部是分立IC的電路板。這些器件對設計工程師非常有用，可以提高設計成功的概率，降低重新設計的可能性和電路板開(kāi)發(fā)延誤的風(fēng)險。