輕松實(shí)現復雜的電源時(shí)序控制

本應用筆記探討采用分立式元件對電源進(jìn)行時(shí)序控制的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)還將描述利用ADP5134,的內部精密使能引腳實(shí)現時(shí)序控制的一種簡(jiǎn)單而有效的方法。ADP5134將2個(gè)1.2A降壓調節器與2個(gè)300mA低壓差(LDO)調節器結合起來(lái)。本應用筆記同時(shí)還將描述一些序列器IC，它們可能對要求更為精確和靈活的時(shí)序控制這類(lèi)應用更有幫助。

圖1所示的應用要求使用多個(gè)供電軌。這些供電軌分別為內核電源(V CCINT )、I/O電源(V CCO )、輔助電源(V CCAUX )和系統存儲器電源。

圖1.處理器和FPGA的典型供電方法

例如，Xilinx ? Spartan-3A FPGA集成了上電復位電路，該電路確保在所有電源均達到閾值之后，才允許對器件進(jìn)行配置。上電復位電路降低了對電源時(shí)序控制的嚴格要求；但是，為了盡量降低浪涌電流水平，同時(shí)考慮連接到FPGA的電路的時(shí)序控制要求，必須按以下序列給供電軌上電：先是V CCINT ，然后是V CCAUX 最后是V CCO 。請注意，有些應用要求遵循特定序列；因此，請務(wù)必參看相關(guān)數據手冊電源要求部分。

對電源實(shí)施時(shí)序控制的一種簡(jiǎn)單辦法是用無(wú)源元件延遲進(jìn)入調節器使能引腳的信號，此類(lèi)無(wú)源元件包括電阻、電容、二極管等，如圖2所示。當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，D1導通，D2斷開(kāi)。C1充電，EN2的電壓以取決于R1和C1的速率上升。當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，C1通過(guò)R2、D2和R PULL 放電至地。EN2的電壓以取決于R2、R PULL 和C1的速率下降。改變R1和R2的值，將改變充電和放電時(shí)間，從而設定調節器的開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間。

圖2.利用電阻、電容和二極管實(shí)現的簡(jiǎn)單電源時(shí)序控制方法

這種方法可以用于不要求進(jìn)行精密時(shí)序控制的應用。只需延遲信號的應用可能只需要外部電阻和電容。在標準調節器中使用這種方法的劣勢在于，使能引腳的邏輯閾值可能隨電壓和溫度而大幅變化。另外，電壓斜坡中的延遲取決于電阻和電容的值和容差。在–55°C至+85°C的溫度范圍內，典型X5R電容的變化幅度約為±15%，而受直流偏置效應影響，變化幅度還會(huì )增加±10%，這個(gè)偏差會(huì )使時(shí)序失去準確性，有時(shí)還會(huì )變得不可靠。

為了實(shí)現精密時(shí)序控制所需的穩定閾值水平，多數調節器要求采用一個(gè)外部基準電壓源。ADP5134通過(guò)集成一個(gè)精密基準電壓源克服了這個(gè)問(wèn)題，同時(shí)還可大幅節省成本和減少印刷電路板(PCB)面積。每個(gè)調節器都有一個(gè)單獨的使能輸入引腳。

當使能輸入引腳的電壓升至ENx引腳上升閾值(V IH_EN [0.9V最小值])以上時(shí)，器件退出關(guān)斷模式，管理模塊開(kāi)啟，但不會(huì )激活調節器。器件將使能輸入引腳的電壓與一個(gè)精密內部基準電壓(典型值為0.97V)進(jìn)行比較。當使能引腳的電壓升至精密使能閾值以上時(shí)，調節器激活，輸出電壓開(kāi)始上升。在輸入電壓和溫度轉折點(diǎn)，基準電壓源變化幅度只有±3%。這么小的變化范圍確保了時(shí)序控制的精確性，解決了使用分立式元件時(shí)存在的問(wèn)題。

當使能輸入引腳的電壓下降到比基準電壓低80mV(典型值)時(shí)，調節器停用。當所有使能輸入引腳的電壓都降至ENx下降閾值(V IL_EN [0.35V最大值])以下時(shí)，器件進(jìn)入關(guān)斷模式。在該模式下，功耗降至1μA以下。圖3和圖4展示了ADP5134精密使能閾值在整個(gè)溫度范圍內針對BUCK1的精度。

圖3.整個(gè)溫度范圍內的精密使能開(kāi)啟閾值(10個(gè)樣本)

圖4.整個(gè)溫度范圍內的精密使能關(guān)閉閾值(10個(gè)樣本)

通過(guò)將一個(gè)調節器經(jīng)過(guò)衰減的輸出連接到下一個(gè)要上電的調節器的使能引腳，可以對多通道電源進(jìn)行時(shí)序控制，如圖5所示，其中，調節器按順序開(kāi)啟或關(guān)閉：從BUCK1到BUCK2，再到LDO1，最后到LDO2。圖6顯示了在將EN1連接到VIN1之后的上電序列。圖7所示為在將EN1從VIN1斷開(kāi)后的關(guān)斷序列。

圖5.利用ADP5134實(shí)現的簡(jiǎn)單時(shí)序控制

圖6.ADP5134啟動(dòng)序列

圖7.ADP5134關(guān)斷序列

在某些情況下，實(shí)現精密時(shí)序比減少PCB面積、節省成本更重要。對于這類(lèi)應用，可以使用電壓監控和序列器IC，如ADM1184四通道電壓監控器，后者在電壓和溫度范圍內的精度達±0.8%。另一種選擇是帶可編程時(shí)序的ADM1186四通道電壓序列器和監控器；該器件可用于要求對上電和關(guān)斷序列進(jìn)行更精準控制的應用。

例如，ADP5034 4通道調節器集成了2個(gè)3MHz、1200mA降壓調節器和2個(gè)300mA LDO?？梢岳肁DM1184實(shí)現典型的時(shí)序控制功能，用于監控一個(gè)調節器的輸出電壓，并在受監控的輸出電壓達到某個(gè)水平時(shí)，向下一個(gè)調節器的使能引腳提供一個(gè)邏輯高信號。如圖8所示，這種方法可用于不提供精密使能功能的調節器。

圖8.利用ADM1184四通道電壓監控器對ADP5034 4通道調節器進(jìn)行時(shí)序控制

利用ADP5134精密使能輸入引腳進(jìn)行時(shí)序控制非常簡(jiǎn)單，實(shí)現起來(lái)也很方便，每個(gè)通道只需要2個(gè)外部電阻即可。借助ADM1184或ADM1186電壓監控器，可以實(shí)現更加精確的時(shí)序控制。