利用MAX16046系統(tǒng)管理IC進(jìn)行排序

CPU、ASIC、FPGA、存儲(chǔ)器等復(fù)雜器件通常需要電源排序。MAX16046提供高度集成的排序、監(jiān)測(cè)和電源裕量調(diào)節(jié)解決方案。本應(yīng)用筆記介紹了一個(gè)利用多個(gè)器件實(shí)現(xiàn)特定排序要求的示例，并給出了利用MAX16046實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的具體步驟。

引言

現(xiàn)代電子器件具有復(fù)雜的供電要求，需要多路電源電壓。電源必須能夠提供I/O供電電壓、CPU、ASIC和FPGA核供電電壓、PLL供電電壓以及存儲(chǔ)器終端供電電壓。其它器件則需要高壓、大電流或低噪聲電源供電，例如無(wú)線收發(fā)器、超聲變送器和LCD或等離子顯示屏等。

采用多電源供電的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格關(guān)注供電順序問(wèn)題。每路電源都必須按照指定順序開(kāi)啟，從而避免將復(fù)雜的多電壓供電IC內(nèi)部的保護(hù)二極管正向偏置。如果只是簡(jiǎn)單地同時(shí)開(kāi)啟電源，IC可能存在可靠性問(wèn)題，甚至閉鎖。

除電源排序外，某些系統(tǒng)還需要裕量調(diào)整。電壓裕量調(diào)整指通過(guò)控制電源電壓確保電壓處于容差范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

Maxim提供多種電源管理方案，本應(yīng)用筆記集中介紹了MAX16046，能夠?qū)Χ噙_(dá)12路電源進(jìn)行排序、監(jiān)測(cè)和裕量調(diào)整。

系統(tǒng)示例

本文以下述假設(shè)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)是一塊帶有MPC8548處理器和Virtex? 5 FPGA的通用電路板，表1列出了該設(shè)計(jì)中復(fù)雜IC所要求的不同供電電壓。

表1. 電源電壓要求

1. VDD
2. AVDD_n, BVDD, LVDD, OVDD, SVDD, TVDD, XVDD
3. GVDD

Virtex 5采用以下供電順序：

1. VCCINT
2. VCCAUX
3. VCCO

每款器件都規(guī)定每路電源的最大上電時(shí)間為50ms。Virtex 5還要求電源的上升時(shí)間不得快于0.2ms。

圖1所示的方框圖可以很方便地實(shí)現(xiàn)電路的供電要求。


圖1. 電源框圖

由于3.3V DC-DC轉(zhuǎn)換器為下游所有負(fù)載點(diǎn)DC-DC轉(zhuǎn)換器供電，因此，要求3.3V電源至少能夠提供10A電流。n溝道MOSFET控制3.3V電源用于IO供電，0.9V LDO為1.8V DDR2-SDRAM存儲(chǔ)器提供VTT。

現(xiàn)在，我們確定了測(cè)試系統(tǒng)的電源排序和監(jiān)測(cè)要求，接下來(lái)可以利用MAX16046構(gòu)建系統(tǒng)。

利用MAX16046進(jìn)行監(jiān)測(cè)、排序和裕量調(diào)整

硬件配置

如上所述，MAX16046可對(duì)多達(dá)12路電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)、排序和裕量調(diào)整。監(jiān)測(cè)門(mén)限、供電順序、裕量參數(shù)以及其它配置值儲(chǔ)存在器件內(nèi)部的EEPROM。可通過(guò)SMBus?或JTAG接口讀取實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)有助于在開(kāi)發(fā)期間檢查供電順序。

如果工作期間發(fā)生電源故障，MAX16046能夠自動(dòng)關(guān)斷電源并觸發(fā)可配置故障輸出報(bào)警。該器件還可以配置為在內(nèi)部EEPROM儲(chǔ)存故障信息，以便隨后進(jìn)行分析，故障信息包括電源電壓和通道狀態(tài)。這一功能對(duì)于那些在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行正常，但在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障的電路板進(jìn)行分析非常有幫助。一旦發(fā)生故障，將鎖存EEPROM，后續(xù)故障將不會(huì)覆蓋已經(jīng)儲(chǔ)存的故障數(shù)據(jù)。

圖2中的局部電路顯示了MAX16046在圖1所示電源架構(gòu)中的連接。MAX16046控制每路電源的使能輸入并監(jiān)測(cè)輸出。該器件還控制用于3.3V I/O供電的串聯(lián)旁路MOSFET。MAX16046的DAC輸出連接到幾個(gè)電源的反饋點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)裕量調(diào)整。


圖2. MAX16046的局部電路圖

圖3所示是MAX16046外圍的詳細(xì)電路圖，包括電源連接和在線編程連接。低電平有效的SYSTEM_RESET信號(hào)連接至MPC8548和Virtex 5的復(fù)位輸入。預(yù)警信號(hào)可以向MPC8548報(bào)警，啟動(dòng)完全關(guān)斷和軟關(guān)斷模式；嚴(yán)重故障的指示信號(hào)可以連接到一個(gè)控制3.3V電源的鎖存器，在發(fā)生嚴(yán)重過(guò)壓事件時(shí)將其關(guān)斷(FAULT2完全可編程，但在本應(yīng)用中設(shè)置為過(guò)壓監(jiān)測(cè))?？撮T(mén)狗定時(shí)器輸入WDI連接至MPC8548，使MAX16046能夠在MPC8548不能提供WDI時(shí)觸發(fā)SYSTEM_RESET。低電平有效的MARGINUP#和MARGINDN#連接至測(cè)試點(diǎn)TP1和TP2，在生產(chǎn)或原型評(píng)估期間用于裕量調(diào)整。


圖3. MAX16046詳細(xì)原理圖

本例中，通過(guò)JTAG連接完成在線編程。SDA和SCL連接至MPC8548，由此可通過(guò)查詢MAX16046獲取故障信息或?qū)崟r(shí)測(cè)量電壓值。應(yīng)用筆記4285：“MAX16046–MAX16049 EEPROM可編程系統(tǒng)管理器的在線編程”詳細(xì)介紹了在線編程方法。

當(dāng)EN電壓超過(guò)0.525V (典型值)時(shí)，MAX16046開(kāi)始控制電源排序；當(dāng)電壓下降至低于0.5V (典型值)時(shí)，MAX16046將對(duì)電源進(jìn)行反向排序。在12V電源輸出端提供足夠大的電容對(duì)于確保成功完成反向排序至關(guān)重要。門(mén)限設(shè)置為11.7V，以便在發(fā)生這種情況時(shí)能夠提供足夠的電容儲(chǔ)能支持反向排序。對(duì)于軟關(guān)斷情況，亦可通過(guò)SMBus或JTAG控制電源。

與VCC串聯(lián)的二極管使VCC的電容能夠在故障狀態(tài)下向MAX16046供電。故障狀態(tài)存儲(chǔ)最多需要204ms將故障數(shù)據(jù)寫(xiě)入至MAX16046的非易失EEPROM。利用MAX16046數(shù)據(jù)資料中的公式(如下所示)可得出所需要的最小電容值為157μF：

一旦完成上電排序，MAX16046則釋放SYSTEM_RESET，從而使處理器和FPGA能夠初始化并開(kāi)始正常工作。

軟件配置

MAX16046配置軟件提供了一種方便的方式輸入配置參數(shù)，無(wú)需研究寄存器映射或進(jìn)行沒(méi)完沒(méi)了的計(jì)算。電路板上安裝的MAX16046通過(guò)以下幾個(gè)步驟完成配置：

第1步
將電源信息輸入配置軟件的設(shè)置標(biāo)簽頁(yè)(見(jiàn)圖4)。


詳細(xì)圖片(PDF, 544kB)
圖4. 已輸入?yún)?shù)的MAX16046配置軟件的設(shè)置標(biāo)簽頁(yè)

在類似電子表格的數(shù)據(jù)表中，每行表示一個(gè)電源。1.8V DDR2電源是雙輸出電源，所以該行添加了一個(gè)“子項(xiàng)”，表示第2路監(jiān)測(cè)輸入。點(diǎn)擊該行，然后點(diǎn)擊Add Subitem按鈕為該電源添加額外的監(jiān)測(cè)通道。

欠壓和過(guò)壓值以百分比輸入。點(diǎn)擊Write to Registers按鈕后，該軟件將自動(dòng)計(jì)算將要加載至MAX16046寄存器的值。

如圖5所示，通過(guò)Margining Calculator輸入裕量調(diào)整參數(shù)。在給定電源的基準(zhǔn)電壓和三個(gè)電阻值后，裕量調(diào)整計(jì)算器將自動(dòng)計(jì)算電壓范圍，它將確定調(diào)高電壓裕量或調(diào)低電壓裕量所需要的寄存器值。


圖5. 3.3V電源的裕量