標準化可編程電源管理——勢在必行的現代電路板設計

要用電源管理器件的可編程數字部分來(lái)定義特定電路板的邏輯，其中，結合了從可編程電源監測部分獲得的結果，以實(shí)現諸如復位生成、電源故障中斷生成及獨立電源的上電順序控制之類(lèi)的功能?？删幊痰?、基于軟件的設計方法使電源管理器件能夠提供依賴(lài)于電源管理功能的種類(lèi)繁多的電路板。

采用一種可編程電源管理器件

可編程電源管理解決方案的一個(gè)例子是Lattice半導體公司的Power Manager II器件。Power
Manager II集成了若干可編程數字和模擬部分，使集成多個(gè)單一功能的電源管理器件成為可能。圖2所示為Power Manager II器件的方框圖。

圖3：Power Manager II器件的方框圖

圖3 中描繪的器件是作為Power Manager II家族成員之一的Power1014A。這個(gè)特殊的器件具有14個(gè)輸出，能夠檢測10個(gè)電源軌，它實(shí)現了所有的電源管理功能。

該器件利用20個(gè)片上可編程門(mén)限精密比較器來(lái)監測多達10個(gè)電源的過(guò)壓和低壓情況。典型的監測精度是0.3%。數字監測輸入可以被用于與數字信號的接口，如手動(dòng)復位輸入、電源和關(guān)機等等。

該器件有四個(gè)定時(shí)器，每一個(gè)都可以122個(gè)步長(cháng)從32μs編程到2秒。這些定時(shí)器可以被用于控制上電順序的延遲、復位脈沖的展寬和看門(mén)狗定時(shí)器。

片上的24個(gè)宏單元CPLD可以驅動(dòng)12個(gè)開(kāi)漏輸出，使DC-DC轉換器能夠控制上電順序、生成一個(gè)CPU的復位信號并驅動(dòng)用于實(shí)現熱插拔功能的P溝道MOSFET。

有兩個(gè)高壓MOSFET驅動(dòng)器(最高12V)，它們使電源通過(guò)N溝道MOSFET供電，或實(shí)現軟啟動(dòng)功能，或在負電源軌實(shí)現熱插拔功能。

任何微處理器，通過(guò)I2C接口可以利用片上的10位模/數轉換器來(lái)測量任何電源電壓。I2C接口也可以被用于監測電源比較器、輸入和輸出的狀態(tài)。

可編程性使電源管理的標準化成為可能

通過(guò)簡(jiǎn)單地配置可編程器件，設計工程師能夠在單一可編程電源管理器件中實(shí)現所有的板級電源管理功能。同一顆可編程器件可以被用于多塊電路板，而不是采用獨特的(多顆)單一功能IC。因此，設計工程師可以跨越整個(gè)設計在一個(gè)可編程電源管理器件上實(shí)現標準化。

標準化電源管理功能的優(yōu)勢

把電源管理功能集成到單一可編程電源管理器件之中并把同一個(gè)器件應用到多個(gè)電路板上，就提供了下列這些優(yōu)勢：

- 縮小電路板面積，提高可靠性

把多個(gè)單一功能的IC 集成到一個(gè)器件中的主要有利條件之一是縮小了電路板的面積。減少元器件的數量和相關(guān)的布線(xiàn)，就可以縮小電路板的面積及相關(guān)的成本。從統計角度看，減少元器件的數量也就提高了電路板的可靠性。

- 具備滿(mǎn)足復雜電源管理要求的能力

當今電路板上所使用的電源數量與日俱增，此外，監測和控制功能的復雜性也正在增加。因為可編程電源管理器件集成了更多的電源監測輸入(跟單一功能的IC 相比)以及可編程數字邏輯部分，這些器件更適合于實(shí)現復雜的電源管理功能。除此以外，可編程性提供了快速適應不斷變化的規格所需要的靈活性。

- 不需要備用貨源
為了防止因一種器件無(wú)法供貨而造成停工待料，典型情況下，備用貨源一直是要求必備的條件，但是，典型的系統將需要來(lái)自多個(gè)供應商的多個(gè)小(批量)的單一功能器件，因此，這種要求被這一事實(shí)放大了。通過(guò)把所有電路板和項目(所采用的電源管理方案)在一個(gè)可編程電源管理器件上實(shí)現標準化，就可以極大地減少耗費時(shí)間和占用資源的備用貨源，或者連備用貨源都取消掉。

- 降低整個(gè)系統的成本

可編程電源管理器件的特色在于成本比多個(gè)單一功能IC 的成本總和要低。此外，對系統中多個(gè)電路板的電源管理進(jìn)行標準化可以進(jìn)一步降低成本，因為批量購買(mǎi)的折扣被增加了。

- 電源管理功能可以在軟件中實(shí)現

設計是利用軟件在可編程電源管理器件中實(shí)現的。典型情況下，軟件設計工具也能夠利用板上仿真器對電源管理算法進(jìn)行驗證。在把它們提交給電路板之前，要完全驗證電源管理設計，第一時(shí)間取得成功的可能性就會(huì )很高，從而進(jìn)一步縮短上市時(shí)間。

本文小結

現代電路板設計勢在必行的是標準化的可編程電源管理。

用于當今電路板的電源的數量持續增加，正如電源管理算法不斷變得更為復雜一樣。然而，過(guò)時(shí)的傳統電源管理解決方案常常被應用以滿(mǎn)足"增強"的電源管理的要求，從而導致電路板設計的效率低下、成本昂貴且通常要作出各種折衷。

本文提出了一種針對這種復雜的電源管理問(wèn)題的設計解決方案：利用可編程混合信號電源管理器件。利用適用于系統中所有電路板的器件，設計工程師可以在這種"電源管理PLD"上實(shí)現標準化，從而降低成本、提高可靠性并加快上市時(shí)間。