有經驗的設計者都知道,隨著專案從原型向生產環境轉變,成功因應這種動態變化環境的關鍵,即為彈性。在開發過程中,能夠最大限度減少軟硬體更改的解決方案便是理想的解決方案。

理想的多軌電源設計方法,是一項設計自始至終只運用一個IC,在該產品的整個生命週期中無需更改佈線。該IC對多個電源軌自主進行監視和排序,並與其他IC協作,無縫地監視系統中多個電源穩壓器,提供故障和重設管理。當系統連接到I2C匯流排時,設計者可以運用功能強大、基於PC的軟體,即時配置系統、實現系統視覺化並調試系統。

而LTC2937正符合此項需求。這是一款具EEPROM的6通道電壓排序器和高準確度監視器。其6個通道每個都有兩個專用的比較器,能夠以±0.75%的準確度準確地監視過壓和欠壓情況。比較器門檻可在0.2V~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致能輸出,可控制一個外部穩壓器或一個通路FET的閘極。監視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,以及故障回應。內建的EEPROM使該元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,都使用單一通訊匯流排。

20180315TA01P1 圖 1 LTC2937對6個電源排序。

透過元件的自主故障回應行為以及調試暫存器,可控制、查看和管理電源故障。LTC2937會自動檢測故障情況,並能夠以協調一致的方式來為系統斷電,該元件可保持斷電,或嘗試在故障後重新為電源排序。在具備微控制器和I2C/SMBus的系統中,元件提供有關故障類型和原因,以及系統狀態的詳細資訊。微控制器可以根據如何回應做出決定,或者允許該元件自己回應。

20180315TA01P1-1 表1 具 EEPROM 的可編程6通道排序器和監視器。

電源控制的3個步驟

一個電源週期具有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會出錯,而導致系統出現故障,而其中的設計挑戰,就是設計系統時,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。

**20180315TA01P2 圖2 電源排序波形。

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檻。任何電源如果未能滿足設定時間要求,都會觸發排序故障。

提供排序位置時脈是監視器元件的獨特優勢。每個通道都分配了一個排序位置 (1~1023),並在元件計數為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時為第二個通道加電,計數到排序位置2時為第一個通道加電。多個監視器元件可以共用排序位置資訊,以對所有監視器晶片而言排序位置N同時出現,由不同晶片控制的通道可以參與相同的排序中(圖3)。

20180315TA01P3 圖3 多個LTC2937的典型連接。

當最後一個通道加電並跨過其欠壓門檻後,監視階段即開始。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,檢視其是否超越過壓和欠壓門檻。該元件忽視輸入訊號上較小的干擾,僅在電壓以足夠的幅度超越門檻並持續足夠長時間時才觸發。

當元件檢測到故障時,會按照所設定的監視器故障回應行為,並立即做出回應。在典型情況下,該元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,這可防止電源為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復。一個系統中的多個監視器元件可分享故障狀態資訊,相互對對方的故障做出回應,從而在故障恢復時,保持協作通道之間完全的一致性。該元件提供無數可編程故障回應行為,以滿足諸多不同系統的組態需求。

當ON輸入轉變為低位準時,斷電排序階段開始。排序位置時鐘再次開始計數,以為電源斷電,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檻,否則將會觸發排序故障。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。

排序位置時脈會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。監視器元件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,可重新配置的暫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

監視器元件具備一套廣泛、功能強大的暫存器,而控制這些暫存器很簡單。LTpowerPlay的圖形化使用者介面(GUI)在一個簡便的介面中,顯示狀態暫存器和調試暫存器中的所有資訊。GUI在I2C/SMBus上與ADI的任何電源系統管理IC(包括LTC2937) 通訊,配置一個或多個LTC2937只需點擊幾下滑鼠,就這麼簡單。

LTpowerPlay將設定值保存在PC上,並可將設定值寫到監視器元件的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、調變和運行階段,LTpowerPlay是系統性能不可或缺的窗口。

20180315TA01P4 圖4 LTpowerPlay的圖形化使用者介面在一個簡便的介面中顯示狀態暫存器和調試暫存器中的所有資訊。配置一個或多個LTC2937只需簡單地點擊幾下滑鼠。LTpowerPlay將設定值保存在PC上,並可將設定值寫到LTC2937的EEPROM中。

結論

監視器元件簡化了電源系統排序和監視。該元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非常彈性、可重新配置,而透過EEPROM暫存器則又達到可自主運行。該元件可獨立運行,或者與一個大型系統中的其他晶片一起搭配使用,進而無縫協調多達300個電源的運行。