利用可编程逻辑器件实现灵活的电源管理

可编程电源管理方案

　　图2展示了一个采用单一可编程电源管理组件的典型电路板电源管理实例。可编程电源管理组件需要可编程模拟和数字单元以促进多个传统单功能电源管理组件的整合。设计师可配置可编程模拟单元以监测一个电压组合，而不必依靠使用一个专门配置、厂商编程的单功能组件。

图2：用可编程电源管理组件取代多个单功能IC

　　电源管理组件的可编程数字单元需要用来定义特定电路板逻辑；该逻辑结合了从可编程电源监测功能得来的结果；以执行诸如重置产生、电源供应错误中断产生、以及各电源排序等功能。一个可编程的软件设计方法使电源管理组件能提供广泛的电源管理功能。

　　利用可编程电源管理组件

　　以Lattice Semiconductor的Power Manager II组件为例，该组件是一款可编程电源管理组件。Power Manager II整合了若干数字和模拟单元以支持多个单功能电源管理组件的整合。图3是Power Manager II组件的图标。

图3：Power Manager II系列组件示意图

　　图3所示为Power1014A组件，它是Power Manager II系列中的一款产品。Power1014A可监测10个电源供应路径、具有14个电源输出，可执行所有电源管理功能。

　　Power1014A利用20个内建可编程临界值精密比较器监测多达10组电源供应的过压/欠压状态，一般监测精密度是0.3%。数字监测输入适用于连接诸如手动重置、电源供应和切断等数字讯号。

　　Power1014A有4个定时器，在122个步进中，可编程范围都是从32us到2s。这些定时器可用来控制排序延迟、重置脉冲展延以及用作看门狗定时器。

　　12个开汲极输出可由芯片上的24个宏单元CPLD驱动，使DC-DC转换器能排序、产生一个CPU重置讯号，也能驱动一个P信道MOSFET来执行热插拔功能。

　　Power1014A还有两个高压(达12V)MOSFET驱动器透过N信道MOSFET达成电源供应、或执行缓启动功能以及执行负极电源供应路径上的热插拔功能。

　　透过I2C总线，任何微处理器借助内建的10位模拟数字转换器都可测量任何电源供应电压。该I2C总线还能用于监测电源供应比较器、输入和输出状态。

　　可编程特性使电源管理标准化

　　透过简单地再配置可编程组件，设计师可借助一个可编程电源管理组件执行全部特定电路板电源管理功能。相同的可编程组件可被用于多个电路板而不是采用多个单功能IC。因此，设计师可在整个设计内对单一可编程电源管理组件进行标准化。

　　对电源管理功能进行标准化

　　在多个电路板上利用同一个整合了电源管理功能的单一可编程电源管理组件的好处如下：

　　电路板面积缩小、可靠性增加：将多个单功能IC整合进一个组件的主要好处是减少了电路板面积。减少的零件数及相关布线缩小了电路板面积并降低了成本。从统计学角度看，减少了的零件数还增加了电路板的可靠性。

　　满足复杂电源管理需求的能力：目前电路板上所用的电源供应数不断在增加，此外，监测和控制功能的复杂性也在增加。因可编程电源管理组件整合了更多的电源监测输入(与单功能IC相比)以及可编程数字逻辑单元，所以这些组件较适合执行复杂的电源管理功能。另外，可编程的方式具有灵活性，能够快速适应以满足不断改变的规格要求。

　　不再需要第二货源：一般来说，第二货源是为了避免因无法取得组件造成生产延误而采取的防范措施。这个需求因为一个典型系统实际上需来自不同供货商的多个小型单功能组件而被放大。藉由在所有电路板和项目中对单一可编程电源管理组件进行标准化，能将耗时和第二货源耗尽等问题彻底排除或降低。

　　降低整体系统成本：可编程电源管理组件价格比个别单功能IC的总价来的便宜。除此之外，因采购数量增加能加大折扣，对系统内的多重电路板实施标准化电源管理能进一步降低成本。

　　可用软件执行电源管理功能：运用软件在可编程电源管理组件中进行设计。一般而言，利用在线仿真器，软件设计工具还执行电源管理算法的验证。由于电源管理设计在投板前就进行了完全验证，所以第一次就能设计成功的机会很高，进一步加速了产品上市时间。

　　本文小结

　　目前电路板上使用的电源数正持续增加，甚至连电源管理算法也变得更加复杂。然而传统过时的电源管理方案仍常常被拿来用于高性能的电源管理需求，因而使电路板设计变得低效、昂贵、还常常需要性能折衷。

　　本文针对一些复杂的电源管理问题提出了一个设计方案：采用可编程、混合讯号电源管理组件。设计师可对’电源管理PLD’进行标准化并在整个系统电路板上采用该组件，因而降低了成本、增加了可靠性并加快了产品上市时间。