关键业务系统中的故障安全电源监控

电源监控在路由器、开关、存储系统和服务器等关键任务通信系统中发挥着重要作用。随着因特网的不断发展，过去5年来全球IP流量增长了8倍1。虽然通信系统的处理能力和速度取得了显著进步，能够与流量增长保持同步，但电源监控技术相对而言进步并不多。放眼未来，全球IP流量在移动设备和IP视频的推动下，继续高速增长，最快2016年就会突破ZB级门槛1。通信系统设计人员正努力满足有关要求，同时也面临着降低功耗、减少资源占用(工程师、时间、成本、空间等)同时又要提高系统可靠性的压力。

通信系统的这些发展趋势向工程师提出了严峻的电源监控设计挑战。本文将详细介绍有关设计挑战，探讨传统的解决方案，分析这些传统解决方案为何无法满足新一代要求。随后我们还将分析关键任务系统设计人员如何更高效地应对主要业界发展趋势，其中包括提高处理能力(摩尔定律)、能效(绿色环保)、可靠性(始终工作)和设计效率(用更少资源的完成更多工作)等。

电源监控

关键任务通信系统需要多个电源轨来支持各种不同组件，如ASIC、PHY器件、FPGA、CPU、存储器模块和外设I/O器件等。电源监控技术监控着所有这些电源轨，并提供电压排序(电源轨的缓升/缓降)、故障检测(过压和欠压阈值)、基于ADC的电源监控(持续监控电源轨电压和电流)和微调(实时调节电源轨输出电压)等关键系统功能。这些关键任务通信系统必须无中断、无故障地工作，这就意味着电源轨必须按照正确顺序在恰当的时间拉起，不规则活动必须精确监控，而且要快速准确无误地发现故障并恢复。　　

 

电源监控和设计挑战

通信系统产业的四大趋势对系统的电源监控设计提出了重大挑战：

第一大趋势：处理能力：摩尔定律

为了满足通信系统处理能力和速度不断提升的要求，ASIC、PHY器件、FPGA、CPU、存储器模块和外设I/O器件等组件制造商不得不大幅提高自身技术。正如Intel联合创始人摩尔提出的“摩尔定律”所预见的那样，集成电路中的晶体管数量每两年大约翻一番。这些技术进步对设计故障安全电源监控关键任务系统提出了巨大挑战。系统中的电路板电源轨数量迅速增加，这些电源轨都需要电源监控(某些设计中每块电路板有超过20个电源轨)。此外，更新型技术采用电压较低(不到1V)的电源轨，这就需要电源监控控制器提供更高精度的监控和微调功能。

第二大趋势：能效：绿色环保

通信系统领域还有一个重大趋势和挑战就是能效问题。实现高能效网络途径是从高效运行的设备开始的2。通信系统设计人员必须开发待机和断电模式，以减少用电，提高电源效率，降低大多数系统中ASIC的功耗。增加通信系统电源管理的智能功能，就需要更智能的电源监控控制器，从而可以通过认真协调管理DC-DC电源转换器的电源管理算法来最大限度地降低功耗。

第三大趋势：可靠性：始终工作

数据中心的监控和可靠性是CIO/IT管理人员最关注的问题3。提供可靠的故障安全系统，始终确保为客户提供服务，这是必然要求，也对关键任务通信系统设计人员提出了更高要求。故障安全操作需要系统电源一直确保无故障工作，电源轨必须以正确顺序在恰当的时间拉起，不规则活动必须精确监控，而且要快速准确无误地发现故障并恢复。

第四大趋势：设计效率：用更少的资源完成更多工作

目前全球工程师人才短缺，这使得即便设备最为完备的研发机构也很苦恼。此外，在当前经济形势下，研发部门面临预算削减，同时又要推出更具创新性的产品，并加速产品上市进程4。各地设计人员都要被要求以更少的资源完成更多的工作。在通信系统中，每个电路板都要求复杂的电源监控定制，诸如电源轨的数量、基于事件的复杂电源轨排序、不同的电源轨电压电流监控要求、不同的通信协议，以及散热管理(风扇控制、温度感测)和通信接口(丰富的I2C协议和多路复用器)等更多功能的集成要求。

传统电源监控解决方案

传统的电源监控设计方法是采用可配置功能有限的专用标准产品(ASSP)。这种方法导致系统的FPGA和ASIC必须提供固定ASSP所不具备的电源监控灵活性。现有的ASSP过去5年来在技术方面没有取得巨大进步，不能跟上通信系统发展步伐。这就导致每个电路板上必须放置大量的ASSP才能满足电源轨数量不断增加以及不断提高的电源监控要求，同时也给FPGA和ASIC增加了更多负担，使其必须处理ASSP所无法应对的更多定制功能和复杂性。

PSoC电源监控5

赛普拉斯推出的PSoC是一款高度可配置的片上系统架构，由可编程模拟/数字硬件、灵活的系统总线以及片上微控制器构成。设计人员可用PSoC Creator集成设计环境对PSoC进