标准化可编程电源管理——势在必行的现代电路板设计

十块电路板，每年的制造运行率为1000个系统。如果这十块板中的每一块都采用单一功能IC来实现，那么，要完成设计可能将需要十种不同的单一功能IC。这些单一功能IC 的年运行率为每年1000。与所有电路板都采用一种多功能电源管理IC的解决方案相比，10,000片IC的价格将当然高于10,00片的价格，从而导致电源管理系统成本的增加。

TTL与PLD的类比：似乎像往日时光

回忆往事，上世纪80年代的时候，那时数字设计工程师就采用TTL门来实现逻辑功能，传统的电源管理解决方案是采用多个单一功能的IC器件来实现的。随着电路板复杂度的增加，设计工程师被迫选择固定功能的ASIC或增加电路板上所采用的TTL器件的数量。毫不奇怪，那时候用来进行系统设计的TTL器件快速增加。

可编程逻辑器件(PLD)的出现使工程师能够在电路板的给定单位面积内实现更多的功能，与此同时，缩短上市时间。在系统中所采用的元器件的数量被减少了，从而导致整体系统的成本进一步降低。同样的PLD器件可以被用于多个设计，从而减少了系统中所采用的器件的数量。各个公司在若干PLD器件上进行标准化，因而不必针对每一个电路板折衷所需要的功能。

管理较少的PLD器件远远比管理大量的TTL门要容易。同样的PLD器件可以被用于多个电路板设计，从而减少或甚至取消了对备用货源的需求。设计工程师可以在把PLD安装到电路板上之前，在软件中做仿真设计，从而提高了第一时间取得成功的可能性。

目前，利用单一功能电源管理IC就类似于过去人们对TTL门的应用。当今复杂电路板的设计需要"电源管理PLD"。的确，在电路板设计中采用这样的器件已经到了势在必行的地步。

可编程电源管理解决方案

图2所示为利用单一可编程电源管理器件实现的电路板电源管理功能。可编程电源管理器件需要可编程模拟和数字部分以便于集成多个传统的单功能电源管理器件。设计工程师可以配置可编程模拟部分以监测各个电源电压的组合，而不必采用特殊配置的、工厂编程的单功能器件。

图2：可编程电源管理器件取代了多个单功能IC

要用电源管理器件的可编程数字部分来定义特定电路板的逻辑，其中，结合了从可编程电源监测部分获得的结果，以实现诸如复位生成、电源故障中断生成及独立电源的上电顺序控制之类的功能。可编程的、基于软件的设计方法使电源管理器件能够提供依赖于电源管理功能的种类繁多的电路板。

采用一种可编程电源管理器件

可编程电源管理解决方案的一个例子是Lattice半导体公司的Power Manager II器件。Power
Manager II集成了若干可编程数字和模拟部分，使集成多个单一功能的电源管理器件成为可能。图2所示为Power Manager II器件的方框图。

图3：Power Manager II器件的方框图

图3 中描绘的器件是作为Power Manager II家族成员之一的Power1014A。这个特殊的器件具有14个输出，能够检测10个电源轨，它实现了所有的电源管理功能。

该器件利用20个片上可编程门限精密比较器来监测多达10个电源的过压和低压情况。典型的监测精度是0.3%。数字监测输入可以被用于与数字信号的接口，如手动复位输入、电源和关机等等。

该器件有四个定时器，每一个都可以122个步长从32μs编程到2秒。这些定时器可以被用于控制上电顺序的延迟、复位脉冲的展宽和看门狗定时器。

片上的24个宏单元CPLD可以驱动12个开漏输出，使DC-DC转换器能够控制上电顺序、生成一个CPU的复位信号并驱动用于实现热插拔功能的P沟道MOSFET。

有两个高压MOSFET驱动器(最高12V)，它们使电源通过N沟道MOSFET供电，或实现软启动功能，或在负电源轨实现热插拔功能。

任何微处理器，通过I2C接口可以利用片上的10位模/数转换器来测量任何电源电压。I2C接口也可以被用于监测电源比较器、输入和输出的状态。

可编程性使电源管理的标准化成为可能

通过简单地配置可编程器件，设计工程师能够在单一可编程电源管理器件中实现所有的板级电源管理功能。同一颗可编程器件可以被用于多块电路板，而不是采用独特的(多颗)单一功能IC。因此，设计工程师可以跨越整个设计在一个可编程电源管理器件上实现标准化。

标准化电源管理功能的优势

把电源管理功能集成到单一可编程电源管理器件之中并把同一个器件应用到多个电路板上，就提供了下列这些优势：

- 缩小电路板面积，提高可靠性

把多个单一功能的IC 集成到一个器件中的主要有利条件之一是缩小了电路板的面积。减少元器件的数量和相关的布线，就可以缩小电路板的面积及相关的成本。从统计角度看，减少元