計算機外設的電源管理
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設計PCIe電源管理時(shí)需要應對大量挑戰。例如：
.浪涌電流隨每個(gè)設計而變化，但是不能有任何瞬時(shí)超過(guò)PCIe最大的電源電流規范。浪涌電流的幅度和持續時(shí)間取決于電路板的輸入電容和其他各種因素，如FPGA或ASIC的啟動(dòng)電流。
.針對每個(gè)應用，卡可能需要不同的熱插拔控制器電路。
.定時(shí)可能會(huì )延長(cháng)到超過(guò)100ms PERST#信號，延緩復位時(shí)序、實(shí)現電源上電、FPGA配置時(shí)間和CPU復位。
.設計必須足夠快，以至于在熱拔出時(shí)能夠瞬間響應并使電路板斷電，從而不破壞系統。
.所有電源都應監測欠壓和過(guò)壓條件，從而保證工作數據的完整性。
.電源時(shí)序應該是靈活的，因為它對于每個(gè)應用而言是唯一的，需要根據設計更改的需要而改變。
.包含CPU等復雜芯片的電路板通常在I/O電壓初始化前需要一個(gè)穩定的內核電壓
分立設計的限制
這些挑戰如何解決？傳統的設計PCIe卡電源管理的方法是使用一個(gè)分立的解決方案。圖4說(shuō)明了這樣一個(gè)方法，熱插拔控制器、定序器、監控器、復位發(fā)生器和看門(mén)狗定時(shí)器都單獨實(shí)現。然而，這種方法有嚴重的缺點(diǎn)。分立的實(shí)現方案需要研究數據手冊，以便從廣泛的器件中進(jìn)行選擇。分立的設計不靈活，因為任何設計上的變化或者一個(gè)不同的應用，都將需要不同的分立器件組合。依靠R/C網(wǎng)絡(luò )建立的時(shí)序和控制電路，它們的時(shí)序將會(huì )隨著(zhù)元器件、使用時(shí)間和電源電壓的變化而改變。最后，由于來(lái)自多個(gè)廠(chǎng)商的器件之間的互操作性問(wèn)題，導致分立設計對諸如意外拔出等故障情況的響應速度慢。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/202339.htm
圖4——電源管理的分立實(shí)現
集成的解決方案
電源管理集成到一個(gè)系統能顯著(zhù)降低成本，不僅可以提供所有電源管理功能，而且避免了相同功能的重復實(shí)現。共享資源的功能可以合并。例如，多個(gè)電壓監控器、定序器、熱插拔控制器、復位發(fā)生器集成電路和微調和裕度的功能，可以使用一塊集成電路實(shí)現。一個(gè)非常精確的帶隙基準可以由多種功能共享，進(jìn)一步降低成本而不犧牲準確性和可靠性。更重要的是，集成將消除分立解決方案中的通信時(shí)間延遲?？梢栽趲资⒚雰葘?shí)現故障響應，而不是使用微處理器監控的系統通常所需的幾百毫秒。微調、裕度和電壓測量可以通過(guò)添加一個(gè)ADC和一個(gè)DAC輕松實(shí)現。
ASIC可以結合一些電源管理所需的分立器件。但是，它們通常需要一些額外的集成電路，包括一個(gè)微處理器來(lái)實(shí)現解決方案，并且還包括一些不屬于該應用所需的功能。此外，基于A(yíng)SIC的解決方案很難仿真，而且作為一種“固定”的方法，它要求任何更改都在電路板外實(shí)現。
另一種更有效的方法是使用一個(gè)單一的集成電源管理IC。通過(guò)集成所有的電源管理功能，解決了分立解決方案的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。來(lái)自不同供應商的獨立器件所引起的內部通信以及對系統錯誤情況響應慢的問(wèn)題得到緩解：可以在短短幾微秒內進(jìn)行處理。整體成本也降低了，因為關(guān)鍵的功能由幾個(gè)通道共享。
例如，萊迪思POWR1014A集成了10個(gè)可編程電壓監控器，使用一個(gè)帶隙基準，實(shí)現了所有通道0.3％的電壓監測精度。
圖5——POWR10414A結構
內部時(shí)鐘和內置數字定時(shí)器解決了使用外部R/ C網(wǎng)絡(luò )的器件所引起的不精確的問(wèn)題。數字I/O、可編程定時(shí)器和CPLD內核監測PERST#和PRSNT#，并且產(chǎn)生特定卡的時(shí)序以確保正確的時(shí)序和配置。根據輸入可以產(chǎn)生額外的信號，通知系統復位或欠壓情況。POWR1014A包含兩個(gè)充電泵，用于控制N溝道的MOSFET。通過(guò)改變柵極電壓和充電率，同時(shí)監控系統的電流和電壓以保證滿(mǎn)足PCIe的限制，可以很容易地為每個(gè)應用定制熱插拔功能。CPLD內核可以輕松地為各種應用、電路板和供應商更改而修改設計。使用萊迪思的PAC- Designer設計軟件，可以很容易地配置輸入和輸出，對CPLD內核進(jìn)行編程。
總結
PCI Express已經(jīng)標準化了個(gè)人電腦和附加卡之間的接口和時(shí)序。各種應用需要為每一個(gè)獨特的電流、時(shí)序、電壓和定序功能定制設計。分立的解決方案昂貴且缺乏精確的時(shí)序、精度低，還有由于較多元器件材料所引起的可靠性問(wèn)題和一旦設計需要更改時(shí)的靈活性問(wèn)題。萊迪思的POWR1014A將PCIe電源管理集成到了一個(gè)精確、靈活、可編程和低成本解決方案中。
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