標(biāo)準(zhǔn)化可編程電源管理——?jiǎng)菰诒匦械默F(xiàn)代電路板設(shè)計(jì)

要用電源管理器件的可編程數(shù)字部分來定義特定電路板的邏輯，其中，結(jié)合了從可編程電源監(jiān)測(cè)部分獲得的結(jié)果，以實(shí)現(xiàn)諸如復(fù)位生成、電源故障中斷生成及獨(dú)立電源的上電順序控制之類的功能。可編程的、基于軟件的設(shè)計(jì)方法使電源管理器件能夠提供依賴于電源管理功能的種類繁多的電路板。

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(dǎo)體公司的Power Manager II器件。Power
Manager II集成了若干可編程數(shù)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(cè)10個(gè)電源軌，它實(shí)現(xiàn)了所有的電源管理功能。

該器件利用20個(gè)片上可編程門限精密比較器來監(jiān)測(cè)多達(dá)10個(gè)電源的過壓和低壓情況。典型的監(jiān)測(cè)精度是0.3%。數(shù)字監(jiān)測(cè)輸入可以被用于與數(shù)字信號(hào)的接口，如手動(dòng)復(fù)位輸入、電源和關(guān)機(jī)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(zhǎng)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(fù)位脈沖的展寬和看門狗定時(shí)器。

片上的24個(gè)宏單元CPLD可以驅(qū)動(dòng)12個(gè)開漏輸出，使DC-DC轉(zhuǎn)換器能夠控制上電順序、生成一個(gè)CPU的復(fù)位信號(hào)并驅(qū)動(dòng)用于實(shí)現(xiàn)熱插拔功能的P溝道MOSFET。

有兩個(gè)高壓MOSFET驅(qū)動(dòng)器(最高12V)，它們使電源通過N溝道MOSFET供電，或?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)功能，或在負(fù)電源軌實(shí)現(xiàn)熱插拔功能。

任何微處理器，通過I2C接口可以利用片上的10位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器來測(cè)量任何電源電壓。I2C接口也可以被用于監(jiān)測(cè)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(biāo)準(zhǔn)化成為可能

通過簡(jiǎn)單地配置可編程器件，設(shè)計(jì)工程師能夠在單一可編程電源管理器件中實(shí)現(xiàn)所有的板級(jí)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(dú)特的(多顆)單一功能IC。因此，設(shè)計(jì)工程師可以跨越整個(gè)設(shè)計(jì)在一個(gè)可編程電源管理器件上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

標(biāo)準(zhǔn)化電源管理功能的優(yōu)勢(shì)

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(yīng)用到多個(gè)電路板上，就提供了下列這些優(yōu)勢(shì)：

- 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(shù)量和相關(guān)的布線，就可以縮小電路板的面積及相關(guān)的成本。從統(tǒng)計(jì)角度看，減少元器件的數(shù)量也就提高了電路板的可靠性。

- 具備滿足復(fù)雜電源管理要求的能力

當(dāng)今電路板上所使用的電源數(shù)量與日俱增，此外，監(jiān)測(cè)和控制功能的復(fù)雜性也正在增加。因?yàn)榭删幊屉娫垂芾砥骷闪烁嗟碾娫幢O(jiān)測(cè)輸入(跟單一功能的IC 相比)以及可編程數(shù)字邏輯部分，這些器件更適合于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電源管理功能。除此以外，可編程性提供了快速適應(yīng)不斷變化的規(guī)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(tǒng)將需要來自多個(gè)供應(yīng)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。通過把所有電路板和項(xiàng)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，就可以極大地減少耗費(fèi)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(tǒng)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(duì)系統(tǒng)中多個(gè)電路板的電源管理進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化可以進(jìn)一步降低成本，因?yàn)榕抠?gòu)買的折扣被增加了。

- 電源管理功能可以在軟件中實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)是利用軟件在可編程電源管理器件中實(shí)現(xiàn)的。典型情況下，軟件設(shè)計(jì)工具也能夠利用板上仿真器對(duì)電源管理算法進(jìn)行驗(yàn)證。在把它們提交給電路板之前，要完全驗(yàn)證電源管理設(shè)計(jì)，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(jié)

現(xiàn)代電路板設(shè)計(jì)勢(shì)在必行的是標(biāo)準(zhǔn)化的可編程電源管理。

用于當(dāng)今電路板的電源的數(shù)量持續(xù)增加，正如電源管理算法不斷變得更為復(fù)雜一樣。然而，過時(shí)的傳統(tǒng)電源管理解決方案常常被應(yīng)用以滿足"增強(qiáng)"的電源管理的要求，從而導(dǎo)致電路板設(shè)計(jì)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(duì)這種復(fù)雜的電源管理問題的設(shè)計(jì)解決方案：利用可編程混合信號(hào)電源管理器件。利用適用于系統(tǒng)中所有電路板的器件，設(shè)計(jì)工程師可以在這種"電源管理PLD"上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，從而降低成本、提高可靠性并加快上市時(shí)間。