智能化数字功率管理(IDPM)轻松实现功率管理

Actel(爱特)的IDPM解决方案在单芯片内整合了32位ARM Cortex-M1微处理器、闪存、SRAM、模拟功能、振荡器、多项外设，以及大量的用户逻辑空间。该平台为模块化可扩展架构，包含一个很容易扩展的基本解决方案，能够控制多达32个数字负载点(digital point-of-load, DPOL)电源。Actel的FPGA工具套件可使软硬件的修改变得十分简单，从而加快集成速度，缩短上市时间。

　　可复用的集成式解决方案

功率管理解决方案必须功能强大、结构紧凑，并易于复用。Actel的IDPM设计解决方案以单芯片的形式提供功能齐全的功率管理器，很容易通过修改来支持各种不同的板上功率要求。由于该设计执行数字负载点电源，并使用Fusion FPGA的嵌入式闪存，故只需极小的工程工作量就可以被复用。新的设计只需在基本功率管理器设计中增加所需的DPOL，并在Fusion FPGA内部的快闪资源中创建并存储设计专用的功率参数即可。

图1所示为一个典型的IDPM系统。该系统包含了一个带有多达32个DPOL，并连接标准SMBus的Actel Fusion FPGA。

这种FPGA的一个实例是带有一组支持外设(与ARM本地总线连接)的基于ARM Cortex-M1的微处理器。FPGA 中的1MB闪存可用于ARM程序代码和设计专用功率参数的非易失性存储。设计专用参数是板上功率设计的独有特性，其中包含DPOL器件数目、DPOL SMBus地址、DPOL配置数据、序列信息及其它设计专用数据。执行命令后，ARM处理器便会启动、读取设计专用参数，并通过SMBus对POL器件进行排序。只要板卡上电，IDPM就会监控所有的电源轨，报告/记录任何异常情况，执行绿色政策，并响应功率系统控制和系统微处理器的状态查询。

在这种架构中，子卡支持十分简单。可以通过把SMBus路由到子卡，使子卡成为基卡设计的扩展卡。另外，可通过将基卡功率管理器的简化版以实例化方式加载到小尺寸Fusion器件中，以实现独立式的子卡架构。这个管理器包含了一个简单的状态机，可以根据存储在闪存中的设计专用参数对子卡DPOL进行排序。一旦排序完成，基卡管理器就能够监控子卡功率。由于不是所有的功率管理解决方案都是完全数字化的，Actel Fusion FPGA 包含了一个专用的模拟模块，用以控制任何模拟类型的负载点或低压降调节器(drop-out regulators, LDO)。

Fusion模拟模块完全支持模拟电源的裕量设置和调整功能(Margining and trimming)，而Actel现已提供执行这些功能的IP。

Fusion FPGA具有所有单芯片解决方案所需的各种附加器件，包括用于程序执行的内部SRAM、带PLL-based时钟管理的内置振荡器、为定制功能预留的大量FPGA空间，以及为FPGA内核供电的内部1.5 V 调节控制器。

Actel Fusion的快闪技术具有即时启动能力，可为这种解决方案提供稳健性和可靠性。不同于需要上电配置的基于SRAM解决方案，Fusion上电即行，因此可确保可靠的上电周期行为。基于快闪解决方案的另一大主要优点是该技术对单事件翻转(single-event upset, SEU) 具备固有耐受能力。在地面应用中，Actel Fusion 器件对SEU不敏感，从而拥有超高的可靠性。许多 IDPM 设计特性都有助于提高可靠性，比如：足够的片上闪存，可存储多个代码和数据图像，实现备份图像支持;可用的错误校正码(Error Correction Code, ECC) 保护的SRAM IP;以及带有智能重启功能的稳健微处理器看门狗定时器。所有这些特性结合在一起，可为功率管理解决方案奠定坚固的基石。

　　优势

IDPM子系统带来的好处涉及产品寿命周期的每个部分，包括：简化设计工程、原型调试和认证测试，降低制造成本，减少RMA故障分析，以及实现大量定制特性。

目前许多设计都利用了DPOL器件的可编程性;不过，在制造流程中，对DPOL的处理方式类似于PLD，一旦被编程，它们就分配到一个独立的OEM部件编号，以示区别。这一步骤将增添管理负担，并可能增加库存成本，具体取决于制造工艺。此外，对这些部件进行编程是一个额外的成本高昂的制造步骤。IDPM解决方案则把所有DPOL图像保存在FPGA闪存中。空白器件可被安装在板卡上，当IDPM电路首次上电时，它可以对全部DPOL进行自主编程。这就解决了上述所有问题，同时简化了坏DPOL的替换过程，因为只需用新的空白器件替换坏的 DPOL芯片即可。当IDPM上电时，它会检测空白DPOL并对之进行编程。

Fusion FPGA中的IDPM设计可以实现轻松灵活的现场可重编程性。对上电顺序和控制的修改一般表现为闪存中存储的参数文件的变化。闪存的重新编程方式有多种：可以经由UART从带ARM处理器支持的线卡CPU，或者是经由JTAG端口通过传统的ISP下载新文件。在图1所示的典型