設計多軌電源時, 每增加一個電源軌, 挑戰都會成倍增加. 設計師必須考慮怎樣動態協調電源排序和定時, 加電複位, 故障監視, 提供恰當的響應以保護系統等方方面面. 有經驗的設計師都知道, 隨著項目從原型向生產環境轉變, 成功應對這種動態變化環境的關鍵是靈活性. 在開發過程中, 能夠最大限度減少軟硬體更改的解決方案是理想解決方案.
理想的多軌電源設計方法是, 一項設計自始至終只用一個 IC, 在該產品的整個生命周期中無需更改布線. 該 IC 對多個電源軌自主進行監察和排序, 並與其他 IC 協作, 無縫地監察系統中多個電源穩壓器, 提供故障和複位管理. 當系統連接到 I2C 匯流排時, 設計師可以運用功能強大, 基於 PC 的軟體, 即時配置系統, 實現系統可視化並調試系統.
LTC2937 正合需求. 這是一款具 EEPROM 的 6 通道電壓排序器和高準確度監察器. 6 個通道每個都有兩個專用的比較器以 ±0.75% 的準確度準確地監視過壓和欠壓情況. 比較器門限可在 0.2V 至 6V 範圍內以 8 位解析度單獨地設定. 這些比較器速度很快, 具 10μs 抑峰傳輸延遲. 每個排序器通道都有一個使能輸出, 可控制一個外部穩壓器或一個通路 FET 的柵極. 監察器電壓和排序器定時的所有方面都是可單獨配置的, 包括向上排序和向下排序順序, 排序定時參數, 以及故障響應. 內置 EEPROM 使該器件完全實現了自主化, 能夠以正確狀態加電以控制系統. 此外, 多個 LTC2937 可協作運行, 以對一個系統中多達 300 個電源自主排序, 進行所有操作時都使用單條通信匯流排.
通過 LTC2937 的自主故障響應行為以及調試寄存器, 可控制, 查看和管理電源故障. LTC2937 自動檢測故障情況, 並能夠以協調一致的方式給系統斷電. 該器件可保持斷電, 或嘗試在故障後重新給電源排序. 在具備微控制器和 I2C / SMBus 的系統中, LTC2937 提供有關故障類型和原因以及系統狀態的詳細資訊. 微控制器可以就怎樣響應做出決定, 或者允許 LTC2937 自己響應.
表 1: 具 EEPROM 的可編程 6 通道排序器和監察器
電源控制的 3 個步驟
一個電源周期有 3 個運行步驟: 加電排序, 監視和斷電排序. 圖 2 針對一個典型系統顯示了這些階段. 在加電排序時, 每個電源都必須等待, 然後在指定的時間內加電到正確的電壓. 在監視階段, 每個電源都必須保持在指定的過壓和欠壓限制之內. 在斷電排序時, 每個電源都必須等待 (順序常常與加電排序順序不同), 然後在設定時間內斷電. 在任意時刻都有可能出錯, 導致系統中出現故障. 設計挑戰就是, 設計一個系統, 其中所有這些步驟以及所有變數都可輕易配置, 但必須仔細控制.
當 ON 輸入轉換至有效時, 加電排序開始. LTC2937 按照向上排序順序逐一加電, 使每個電源依次啟動, 並進行監視, 以確保電源電壓在指定時間之前上升至高於所設定的門限. 任何電源, 如果未能滿足設定時間要求, 都會觸發排序故障.
提供排序位置時鐘是 LTC2937 的獨特優勢. 每個通道都分配了一個排序位置 (1 至 1023), 並在 LTC2937 計數到給定排序位置序號時接收啟動訊號. 具排序位置 1 的通道總是在具排序位置 2 的通道之前啟動. 如果更改了系統規定, 要求這兩個通道以不同的順序排序, 那麼排序位置可以交換, 在計數到排序位置 1 時給第二個通道加電, 計數到排序位置 2 時給第一個通道加電. 多個 LTC2937 可以共用排序位置資訊, 以便對所有 LTC2937 晶片而言, 排序位置 N 同時出現, 由不同晶片控制的通道可以參與到相同的排序中 (參見圖 3).
當最後一個通道加電並跨過其欠壓門限後, 監視階段開始. 在監視階段, LTC2937 運用其高準確度比較器連續監視每個輸入的電壓, 看其是否超越過壓和欠壓門限. 該器件忽視輸入訊號上較小的幹擾, 僅在電壓以足夠的幅度超越門限並持續足夠長時間時才觸發. 當 LTC2937 檢測到故障時, 會按照所設定的監察器故障響應行為, 立即做出響應. 在典型情況下, 該器件同時關斷所有電源, 向系統確定 RESETB, 然後嘗試按照正常啟動順序重新加電. 這可防止電源給系統的一部分供電而其他部分得不到供電, 或者防止系統在故障後執行不一致的故障恢複. 一個系統中的多個 LTC2937 可分享故障狀態資訊, 相互對對方的故障做出響應, 從而在故障恢複時, 保持協作通道之間完全的一致性. LTC2937 提供無數可編程故障響應行為, 以滿足很多不同的系統配置需求.
當 ON 輸入轉變為低電平時, 斷電排序階段開始. 排序位置時鐘再次開始計數, 以給電源斷電, 不過所有斷電排序參數都不受加電排序參數影響. 通道可以按照任何順序斷電排序, 而且多個 LTC2937 晶片協調所有受控電源的排序. 在斷電排序時, 每個電源必須在指定時間限制之內下降至低於其放電門限, 否則會觸發排序故障. LTC2937 可用一個可選電流源拉低電源電壓, 以使變化速度慢的電源有效放電.
排序位置時鐘強制執行基於事件的排序順序, 每個事件等待之前的事件發生之後才能繼續. LTC2937 還允許基於時間的排序, 可用於在預定時間點啟動電源軌的系統中. 可重新配置的寄存器既可在基於時間的排序模式, 又可在基於事件的排序模式下運行.
LTpowerPlay 讓事情變得簡單了
LTC2937 有一套廣泛, 功能強大的寄存器, 而控制這些寄存器很簡單. LTpowerPlay 的圖形用戶界面 (GUI) 在一個簡便的界面中, 顯示狀態寄存器和調試寄存器中的所有資訊. GUI 在 I2C/SMBus 上與ADI的任何電源系統管理 IC (包括 LTC2937) 通信. 配置一個或多個 LTC2937 只需點擊幾下滑鼠這麼簡單.
LTpowerPlay 將設置值保存在 PC 上, 並可將設置值寫到 LTC2937 的 EEPROM 中. 該 GUI 還顯示系統故障的所有調試資訊. LTpowerPlay 可顯示任一電源何時出現了過壓或欠壓, 或者, 某個電源是否未能成功完成排序定時. 故障後, 該 GUI 允許徹底控制系統重啟. 在設計的每個階段, 即啟動, 配置, 調製和運行階段, LTpowerPlay 是系統性能不可或缺的窗口.
結論
LTC2937 簡化了電源系統排序和監察. 該器件僅需佔用非常少的電路板空間, 就可構成一個完整系統. LTC2937 非常靈活, 可重新配置, 而通過 EEPROM 寄存器又可自主運行. 該器件可獨立運行, 或者與一個大型系統中的其他晶片一起使用, 無縫協調多達 300 個電源的運行.