混合信号IC──复杂电源管理组件的设计挑战及解决方案

控制。

　　整合的电源系统管理

　　有些系统具有许多电源轨，采用这种使用大量IC，并利用电阻和电容来设置时序和阈值电平的分离解决方案会变得过于复杂、成本过高，且不能提供适当的性能。

　　具有八路电压轨的系统会需要复杂的上电时序控制。每路电压轨都要监控，以免出现欠压或过压故障。产生故障时，根据故障机制，需要切断所有电源电压，或初始化电源切断时序。此外，必须根据控制讯号的状态采取相应措施，并根据电源的状态产生标志位。在具有四路或更多电源的系统中，使用集中式组件来管理电源比较可取。图5所示的是采用这种方法的一个例子。

图5：打印机应用中的上电与断电时序。 　　集中式监测和时序控制 　　通常，系统中包含的电源数量越多，系统就越复杂，因此精密度限制也越严格。另外，在低压状态下，例如1.0V和0.9V，利用电阻来设定精确的阈值也变得很有挑战性。ADM1066在最坏情况下允许输入检测器比较器的阈值被设定在1%范围内，而与电压(低至0.6V)无关，并可工作在该组件允许的整个温度范围内。这可以增加每个比较器的内部突波滤波和迟滞。其逻辑输入适用于启动上电时序控制、关闭所有电源轨，或执行其它功能。 　　比较器的信息被送入功能强大和灵活的状态机核心，这些信息具有以下几种用途。 　　时序控制：当最近的使能电源的输出电压进入到窗口中时，时间延迟被触发，以按照上电时序接通下一个电源轨。可能需要具有多重上电与断电时序，或具有差别较大的上电与断电时序的复杂时序控制。 　　超时：如果已经使能的电源轨没有按照预期上电，可以执行一套适当的应对措施(例如产生一个中断讯号或关闭系统)。相较之下，纯模拟的解决方案只会让系统简单地挂在时序中的那一点上。 　　监控：如果任一电源轨上的电压超出了预设的窗口，可以根据产生故障的电源轨、故障类型和目前的工作模式，采取适当的应对措施。含有五路以上电源的系统通常都相当昂贵，因此全面的故障保护是极为重要的。 　　即使系统中的最高电压只有3V，仍然可以透过内建电荷泵产生大约12V的闸极驱动电压，允许输出能够直接驱动串联的N信道FET。其它额外的输出能够使能或切断DC/DC转换器或稳压器，使输出内部上拉至其中一个输入电压或内建的稳压电压。输出也可以被指定为开漏输出。输出可以作为状态讯号，如电源良好或上电重置。如果需要的话，状态LED可以直接由输出来驱动。 　　电源调整 　　除了能够监控多任务电压轨并提供复杂的时序控制解决方案之外，整合电源管理组件还可以用于暂时或永久调整某些电压轨电压。透过调节组件上调整节点或反馈节点上的电压，可以改变DC/DC转换器或稳压器的电压输出。组件中的DAC，可以直接控制调整/反馈节点。为了实现最大的效率，这些DAC不会在地与最大电压间工作，而是会以标称的调整/反馈电平为中心点，在一个相当窄的窗口中工作。如ADI的ADM1066包含一个用来测量电源电压的12位ADC，以实现死循环电源电压调节方案。它可以调整DAC来校准电压输出，使其尽可能接近目标电压。这个死循环方案提供了一个非常精确的电源调节方法，如图6所示。 图6：ADI公司用于八路电源系统的集中式时序控制与监控解决方案。 　　这种电源调节方案有两个主要应用。首先是电源容限的概念，也就是说，当电源处于规定的设备电源电压范围边界时，测试系统对电源做出的反应。数据通讯、电信、移动电话基础设备、服务器和储存局域网络设备等制造商在将其系统提供给终端客户之前，必须进行严格的容限测试。 　　电源调节方案的第二个应用是补偿系统电源波动，包括温度改变引起的短期波动以及组件老化引起的长期波动。ADC及DAC回路可被周期性地启动(例如每10s、30s或60s)，再加上软件校准回路，就可以使电压保持在其应有的范围内。