标准化可编程电源管理——势在必行的现代电路板设计

什么是电路板电源管理？

电路板电源管理常常涉及给电路板供电的各个不同方面，一些常见的相关功能包括：

- 为电路板供电选择不同的DC-DC 转换器；

- 电源的上电顺序控制/跟踪；

- 电压监测；

- 所有上述选项；

在本文中，电源管理被简单地定义为对在电路板上的所有电源的管理(包括DC-DC 转换器、LDO 等等)。电源管理包括下列功能：

- 管理电路板的DC-DC 控制器，即热插拔、软启动、上电顺序控制、跟踪、极限(设置)和调节；

- 生成所有相关的电源状态和控制逻辑信号，即复位信号生成、电源故障指示(监视)和电压测量；

图1 描述了利用CPU 或微处理器在电路板上实现的典型电源管理功能。

图1：在电路板上的典型电源管理功能。

热插拔/软启动控制功能-被用于限制涌入的电流，以减轻突然施加在电源上的负载。这对要插入工作中背板的电路板是一个重要的功能。

电源上电顺序控制和跟踪功能-控制多个电源的打开/关闭，与此同时，满足电路板上所有器件的上电顺序控制的要求。

所有电源电压的故障都受到监控(过压和低压)，以把正在迫近的电源故障通知处理器。这种功能也被称为监督功能。

复位生成功能为上电的处理器提供一种可靠的启动。在所有施加在处理器上的电源稳定之后，一些处理器需要复位信号在一段延长的时间段内保持有效。这也被称为复位脉冲展宽。复位发生器的功能是在电源出现故障期间保持处理器处于复位模式，以防止因疏忽大意造成板上闪存受到破坏。

传统的电源管理解决方案的局限性

传统上，电路板上的每一个电源管理功能都是利用单独的单一功能IC 来实现的。这些IC针对每一个电源电压组合都具有单独的元器件编号，因此，为了满足多个电源管理的需求，来自不同供应商的各种单一功能IC 就有几百个元器件编号。

例如，为了选择复位发生器IC 的元器件编号，必须提供下列信息：

- 复位发生器IC 将要监测的电源电压的数量；

- 各种电源电压的组合(3.3V,2.5V,1.2V 或3.3V,2.5V, 1.8V 等等)；

- 故障检测电压(3.3V-5%, 3.3V-10%等等)；

- 精度(3%, 2%, 1.5%)；

- 利用外加电容对复位脉冲进行编程展宽的能力；

- 手动复位输入；

为了解决这些变量的所有可能变化，仅仅一个复位发生器IC 就需要几百个器件编号，何况那仅仅是来自几家供应商当中的一家。如果在设计的过程当中-照现在的样子很可能-工程师需要添加另外一个被监测电压，那么，就不得不选择增加一个不同的器件编号。类似地，针对各种单一功能IC-热插拔、电源上电顺序控制器和电压监控器/检测器-的每一个变化，各个单一功能IC 都具有许多器件编号。具有多块电路板的系统中的每一块电路板都将需要这些单一功能IC 的不同集合，从而增加了物料单(BOM)的成本。

增加电路板的复杂度

如果单一功能电源管理IC 的使用曾经是可管理的话，那个时代一去不复返了。目前，大多数电路板通常采用若干多电压器件，每一个都满足电源上电顺序控制的要求。随着工作电流的增加，较小几何尺寸的三极管需要较低的电源电压。设计工程师常常被要求经由多电压IC 使用一个负载电源点，因此，电路板中所使用的电源的数量与日俱增。随着电源轨的增加，并伴随着对多个上电顺序控制的要求，电源管理变得越来越复杂。

随着电路板越来越复杂，传统的电源管理解决方案变得越来越不实用。目前，采用传统的单一功能IC来实现电源管理功能的设计工程师，要么不得不牺牲电源的一些监测功能，要么得针对每一个电源管理功能采用多个单一功能的器件。这两种可供选择的方案都是不可接受
的。

增加电路板面积并降低可靠性

单一功能IC 的数量增长以及它们的相关互连，不仅仅增加了电路板的面积，从统计的角度看，而且降低了电路板的可靠性。例如，装配出现差错的可能性有增加的趋势，从而导致不可预测(并且总是令人不愉快的)的结果。

备用货源和折衷设计

如果从不同的供应商选择各种单一功能器件，当恰好一个元器件断货时，生产被延迟的风险就越来越大，因此，这就导致要建立备用货源。然而，备用货源反过来让设计工程师手上可用的元器件减少了，从而迫使设计工程师就电路板上的故障覆盖进行折衷。

提高系统的成本

安装和测试的成本随着系统中所采用的元器件的数量呈正比而增加。元器件的成本反比例于所获得的单元的数量。因为在给定的系统中存在许多需要的元器件，要用较少数量的每一类型元器件来构建系统，(否则的话)就会增加整个系统的成本。

例如，假设一个系统具有