高可靠系统的电源电压监控和定序

导通通路器件  

在用一个“银盒子”或“砖头”电源时，设有另外的电路，以控制命令开和关每个电压是不可能的。这种电源提供标准电压（如5V、3.3V、1.8V），这些电压分布在系统中。例如，一个“砖头”电源可为两上不同的IC提供3.3V逻辑电源和1.8V芯核电源。在某些情况下，这些IC需要不同的电源定序；一个器件需要芯核电源首先上升，而第2个器件需求I/O电源先上升。

在这种情况下，定序电源的一种方法是通过一个外部器件来开关电源。图4示出一个电压检测器连接到MOSFET的栅极，此MOSFET开关VCC1。当有一个可用的较高电压提供栅—源电压（此电压对于完全增强MOSFET是足够大的）时，用一个N沟道MOSFET是合适的。然而，可能会引起问题，在电路上电期间，若VCC2早于VCC1达到足够高的电平，会导通电压检测器的输出。在这种情况下，VCC2将增强MOSFET（它将导通）直到VCC1上升足够大，使电压检测器输出维持低态。

图4若得到一个较高的电压，则电压检测器告导通N沟道MOSFET可以定序一个低电压

用一个电压检测器和一个P沟道MOSFET，不需要第2个较高的电压可以实现同样的电路。但是，此电路不适合低电压电源。另外，P沟道MOSFET的较高导通电阻，使得此电路对于高功率应用是不实用的。

一种比较容易和更可靠的方法就是用MAX6891这样的器件来执行监控和定序双重功能（见图5）。这类IC用复位电路监控第一个电压来确定该电压是否在性能指标内；当符合性能指标时，IC通过其MOSFET驱动器导通MOSFET。一个内部电荷泵加一个固定电压到第2个电源，并加合电压到MOSFET的栅极，这有助于确保栅一源电压能足够高来完全增强MOSFET。

图5在初级电源增加之后，MAX6819导通第2个电源。其板上电荷泵增强MOSFET使其导通电阻最小

容限功能

很多电信、网络、存储和服务器设备在制造期间，往往采用容限工艺规程，使系统维持坚固的可靠性能。此工艺涉及系统（或处理器）的评价，使系统电源偏离额定电平进行评价。为了改变电源电平，通常用数字电位器或电流DAC改变DC-DC变换器电源的反馈回路来调节。图6示出加容限到电源的很多方法中的两种。其他通用方法包括通过一个数字接口编程电源输出或调节电源。不同程序的容限控制包括“合格/失效”方法（对所有电源增加或减少±5%或±10%电平）和精细的调节方法（电源以10mV或100mV较小的步长增加或减少电源电平）；后一种方法允许更详细地评价系统性能。

图6执行电压定容限的简单技术是增加一个数字电位器或电流DAC到变换器的反馈回路

可以用ADC更精确地测量这些电源电平值。用微控制所含的ADC来执行此功能；然而，在微控制器供电电源降到低于性能指标时，其内部基准可能超出容差，这会影响ADC精度。在加容限期间也必须断开或禁止复位输出，这样系统可以继续工作。另外，系统将复位，使得不可能现出系统失效时的电源电压电平。在大系统中执行加容限功能的过程可能是相当慢的。

监控、定序和加容限集身于单器件

尽管很多处理器只需要两个电压，一个供电芯核、另一个供电I/O，但其他器件（如DSP，ASIC，网络处理器，视频处理器）可能需要5个电源电压。在单个系统中，监控器电路可能需要监控和定序10个以上的电压。随着系统中电源电压数量的增加，需要监控、定序和加容限的IC数量也在增加。这使成本增加并占用更多板空间。在需要改变参量（如电压阈值，复位暂停周期）时，也需要一个相当困难的任务。

降低电路复杂程度的一种方法是采用可编程系统管理IC、这种IC把监控和定序功能集于一体。这种器件的可编程性，使修改变得更容易处理。在样机和制造阶段不需要换入和换出设计器件。对很多器件，一个串行接口允许设计人员编程内部寄存器来配置器件和设置阈值电平和延迟。板上EEPROM存储这些寄存器的内容。

图7示出MAX6870系统管理器件监控和定序几个系统的电源框图。当+12V总线电压增加并超过其阈值（存储在MAX6870中）时，MAX6870一个输出立即或一个延迟周期（也存储在MAX6870存储器中）之后，使能+5V稳压器。在+5V稳压器上升，而且输出超过它所对应的阈值时，+3.3V电源除去停机。然后，剩余的电源依次以相同的方法增加（除非在MAX6870增强N沟道通路器件时，+5V开关电源变为有效）。

图7可编程系统管理器件为电压监控和定序提供一种灵活的方法

通常编程这类系统管理器件来提供另外的监控功能（如复位电路和看门狗定时器）。系统管理器件通过其模拟和数字输入，也可监控除电源电压外的参量。在图7电路中，AUXIN（模拟输入）和GPI-（数字输入）监控一个温度读数和一个电源电流检测读数。MAX6870包括一个10位ADC，它把读数数字化；微控器监控这些数字化读数的状态。温度传感器和电流检测监控器都包含一个比较器输出，指示已发生的失效（即温度或电流已超过特定的限值）。每个比较器输出连接到MAX6870通用输入（GPI）；MAX6870配置成当失效条件发生时，关闭一个或多个电源，从而点亮+12电源上的负载。

内部的ADC使得精确地对电源加容限变得容易。在加容限过程期间，可以从ADC寄存器读每个电源输出的电压。在电压加容限时，容限输入也可以禁止输出或编程它们到已知状态，因此，在此过程期间避免系统复位。