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电源管理技术的进展

zhaobao277 在 2013-6-6 詢問的問題

多年以来,监视各种驱动电压一直都是许多系统的一项主要任务。了解驱动电压是在某阈值之上、还是在某阈值之下或在操作窗之内对操作可靠性和安全性都至关重要。目前已有许多针对该问题的解决方案。简单的电阻分压器加比较器和基准电压源方案可以用于确定驱动电压是否在某电平之上。工业标准复位发生器集成电路(IC)将这些器件与复位延迟电源集成在一起,这种IC通常是保持微处理器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)IC等上电复位所必需的,并且对于许多这种级别的监视已足够。当需要监视多电源时,需要多个器件(或多通道比较器等)并行工作。但一些最新发展已经显著改变了这种情形。

首先,电源时序控制器的出现发挥了主要作用。FPGA的数据手册上指出器件无论何时上电时,都应该在5 V I/O电压之前20 ms施加3.3 V的内核电压。如果未按该顺序上电,器件可能会损坏。满足时序控制要求对于可靠性的重要程度如同保证器件电源电压或温度在规定工作限制内。

其次,许多应用中电源的数量已显著增加。局域网(LAN)开关和蜂窝基站等复杂昂贵的系统通常具有需10个以上电源电压的线路卡,但等离子电视等高度成本敏感的消费类应用拥有多达15个独立的电压这个事实更加令人震惊,其中许多电压需要监视并且时序控制。

目前许多高性能IC需要多个电压驱动。一个典型的例子是当今许多器件具有独立的内核和I/O电压已成为标准。一些高端DSP器件每器件需要多达四个独立的电源。多数情况下,单系统中具有大量多电源器件——例如FPGA、ASIC、DSP芯片、微处理器以及微控制器——许多器件都需要多电压驱动。虽然系统中通常可以在器件之间共享标准电压(例如3.3 V),但许多器件还需要特定的电压。此外,由于多种原因,不得不多次产生标准电压。其中一个例子就是需要隔离模拟电压和数字电压(3.3 VANALOG和3.3 V DIGITAL)这种情况。然而,考虑到效率或为了满足时序控制要求(例如在不同时刻需要独立器件产生3.3 VA和3.3 VB),多次产生相同的电压也比较合适(例如存储器的工作速度是放大器的100倍)。所有这些因素都导致了电压数量的增加。

电压监视变得相当重要并且时序控制也非常复杂,特别是如果系统必需设计为支持上电时序、关断时序以及能够响应工作中不同点不同电源电压所有可能故障情形的多种处理模式。中央电源管理控制器是解决这种问题的一种行之有效的方法。

目前电源供电部分的复杂性意味着出错的可能性更高。这种风险随着电源数量、器件数量以及系统复杂性的增加相应地增加。外部因素也会增加这种风险——例如,如果主要ASIC在初始设计时并不在手边,电源设计工程师必需保证能够改变电压监视的阈值和时序控制器的时序以适应ASIC发展的变化。否则,如果对ASIC的要求发生改变,则必须重新设计印制电路板(PCB),这直接导致时间的浪费同时也意味着成本的增加。这个问题会因某些器件的实际电源电压在发展过程中略有变化这个事实而复杂化。调整电源的方法对于任何中央电源系统管理器都非常有用。灵活性在这些系统的电压监视、时序控制以及调整中也至关重要。

中央电源管理器件的其它有用附加功能包括故障记录和数字化电压或温度数据等。这些功能在设计工程师现场扩展这些器件的监视功能时非常有用,但它们在开发初期对于PCB的总设计也至关重要。由于尽力评估已选故障保护和时序控制器时序的鲁棒性是一项繁重的工作,因此任何有助于完成该任务的器件都有助于最大程度减少PCB评估工作并且缩短产品面向市场的时间。

結果