優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)的可編程電源管理方案

　　可編程電源管理方案

　　圖2顯示了一個(gè)采用單一可編程電源管理器件的典型PCB電源管理實(shí)現(xiàn)。可編程電源管理器件需要可編程模擬和數(shù)字部分以簡(jiǎn)化多個(gè)傳統(tǒng)單功能電源管理器件的整合。設(shè)計(jì)師可配置可編程模擬部分以監(jiān)測(cè)一組電壓組合而不必求助采用一個(gè)專門(mén)配置、廠家編程的單功能器件。

                                 圖2：一個(gè)可編程電源管理器件可取代多個(gè)單功能IC。

　　需要用電源管理器件的可編程數(shù)字部分來(lái)定義針對(duì)PCB的邏輯，該邏輯結(jié)合可編程電源監(jiān)測(cè)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)諸如復(fù)位生成、電源故障中斷生成以及各個(gè)電源的排序。一個(gè)基于軟件的可編程設(shè)計(jì)方法論使電源管理器件能提供多種針對(duì)具體PCB的電源管理功能。

　　利用可編程電源管理器件

　　萊迪思半導(dǎo)體(Lattice Semiconductor)的Power Manager II器件是可編程電源管理器件的一個(gè)例子。Power Manager II整合了若干數(shù)字和模擬單元以支持多個(gè)單功能電源管理器件的整合。圖3是Power Manager II器件的框圖。圖3中所示的器件是Power1014A，它是Power Manager II系列中的一款產(chǎn)品。Power1014A可監(jiān)測(cè)10種電源電壓、帶有14個(gè)輸出，可實(shí)現(xiàn)全部電源管理功能。Power1014A利用20個(gè)片上可編程精準(zhǔn)門(mén)限比較器實(shí)現(xiàn)多達(dá)10組電壓的過(guò)/欠壓監(jiān)測(cè)，典型監(jiān)測(cè)精度是0.3%。數(shù)字監(jiān)測(cè)輸入可用于連接諸如手動(dòng)復(fù)位、電源和關(guān)斷等數(shù)字信號(hào)。

                圖3：萊迪思半導(dǎo)體的Power Manager II系列器件架構(gòu)。

　　Power1014A有4個(gè)定時(shí)器，每個(gè)的編程范圍都是從32μs到2s，其間有122個(gè)步進(jìn)。這些定時(shí)器可用于控制排序延時(shí)、復(fù)位脈沖展延以及看門(mén)狗定時(shí)器。12路漏極開(kāi)路輸出可由片上的24宏單元CPLD驅(qū)動(dòng)來(lái)使能DC-DC轉(zhuǎn)換器以實(shí)現(xiàn)排序、為CPU生成復(fù)位信號(hào)及驅(qū)動(dòng)用于實(shí)現(xiàn)熱插拔功能的P溝道MOSFET。Power1014A還有兩個(gè)高壓(到12V)MOSFET驅(qū)動(dòng)器通過(guò)N溝道使能電源、或?qū)崿F(xiàn)軟啟動(dòng)功能以及在負(fù)電壓電源上實(shí)現(xiàn)熱插拔功能。任何微處理器，借助片上的10位A/D轉(zhuǎn)換器、通過(guò)I2C總線可測(cè)量任一組電源電壓。該I2C總線還可用于監(jiān)測(cè)電源比較器、輸入和輸出狀態(tài)。

　　可編程能力使電源管理標(biāo)準(zhǔn)化

　　通過(guò)簡(jiǎn)單地再配置可編程器件，設(shè)計(jì)師可借助一個(gè)可編程電源管理器件實(shí)現(xiàn)全部特定PCB電源管理功能。相同的可編程器件可被用于多個(gè)PCB而不是采用多個(gè)單功能IC。因此，設(shè)計(jì)師可在整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)對(duì)單一可編程電源管理器件實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化。將電源管理功能整合進(jìn)單一可編程電源管理器件并在多個(gè)PCB上利用同一器件，具有如下好處：

　　1. 縮小PCB體積、增加可靠性

　　將多個(gè)單功能IC集成進(jìn)一個(gè)器件的主要好處是減小了PCB面積。減少的器件數(shù)及相應(yīng)的互連走線縮小了PCB面積并降低了成本。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度看，減少了的器件數(shù)還增加了PCB的可靠性。

　　2. 滿足復(fù)雜電源管理需求的能力

　　當(dāng)今PCB上所用的電源數(shù)在增加。另外，監(jiān)測(cè)和控制功能的復(fù)雜性也在增加。因可編程電源管理器件整合了更多的電源監(jiān)測(cè)輸入(與單功能IC比)以及可編程數(shù)字邏輯部分，所以這些器件更適合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的電源管理功能。另外，可編程性提供能快速調(diào)適以滿足改變的規(guī)范要求的靈活性。

　　3. 無(wú)需第二個(gè)供貨渠道

　　一般來(lái)說(shuō)，第二渠道是為了規(guī)避因無(wú)法獲得器件造成生產(chǎn)延誤而采取的防范措施。一個(gè)典型系統(tǒng)實(shí)際上需來(lái)自不同供應(yīng)商的多個(gè)小規(guī)模單功能器件的現(xiàn)實(shí)加劇了該需求。借助在所有PCB和項(xiàng)目中對(duì)單一可編程電源管理器件實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)既費(fèi)時(shí)又浪費(fèi)資源的第二渠道的需求可被顯著降低甚至徹底不再需要。

　　4. 降低總體系統(tǒng)成本

　　可編程電源管理器件一般來(lái)說(shuō)比單獨(dú)的各單功能IC的總和價(jià)要便宜。另外，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的多個(gè)PCB實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化電源管理，因批量加大折扣更高，又進(jìn)一步降低了成本。

　　5. 可用軟件實(shí)現(xiàn)電源管理功能

　　在利用由軟件實(shí)現(xiàn)的可編程電源管理器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。典型情況，利用板上模擬器，軟件設(shè)計(jì)工具還支持對(duì)電源管理算法的驗(yàn)證。因電源管理設(shè)計(jì)在投板前進(jìn)行了完全驗(yàn)證，所以一次性通過(guò)的機(jī)會(huì)很高，從而進(jìn)一步加快了產(chǎn)品上市步伐。

　　本文小結(jié)

　　當(dāng)今PCB上使用的電源數(shù)在持續(xù)增加，電源管理算法甚至也變得更加復(fù)雜。然而傳統(tǒng)過(guò)時(shí)的電源管理方案仍常常被用于這些對(duì)電源管理要求益發(fā)苛刻的應(yīng)用，從而使PCB設(shè)計(jì)變得低效且昂貴、還常常因不得已的取舍而使結(jié)果留有缺憾。

　　本文針對(duì)這一復(fù)雜的電源管理問(wèn)題提出了一種設(shè)計(jì)方案：采用可編程、混合信號(hào)電源管理器件。設(shè)計(jì)師可對(duì)“電源管理PLD”實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化并在整個(gè)系統(tǒng)PCB上都采用該器件，從而降低了成本、增加了可靠性并加快了產(chǎn)品上市速度。