使用可处理多达7个通道的排序、监控和监控的单芯片解决电源管理问题

如今，具有多个电源电压的系统设计已司空见惯。在互联网路由器、数字用户线路接入复用器 （DSLAM）、基站和服务器等系统中，其多个电源的排序和监控变得越来越重要。ADI公司的ADM1060监控器/时序控制器在单个28引脚TSSOP器件中提供多个电源监控器、时序逻辑和多输出驱动器，大大简化了这项任务，非常适合电路板空间非常宝贵的应用。这些多种功能的配置可通过ADI公司提供的直观图形用户界面（GUI）轻松编程。

用户对基础设施和服务器系统中使用的背板、线卡和刀片设计人员的需求不断增加，这使得设计任务变得越来越困难。客户希望以更低的成本以更高的数据速率获得更多通道。它们还需要比以前更高的可靠性：99.999%的正常运行时间，通常称为“9-<>的可靠性”（类似于每年两分钟的停机时间），现在是基本要求。然而，这些更复杂、更可靠的主板仍然必须适合与以前相同的中心局和服务器外形。这些系统的功率预算也不一定增加，因此现在必须更加关注功耗。

以通道数和速度表示的额外带宽导致许多新一代微处理器、DSP 器件、FPGA 和 CPLD 的激增。这些器件的内核运行电压远低于传统的3.3 V或5 V（例如，1.2 V、1.5 V、1.8 V和2.5 V是常见的内核电源电平）。然而，I/O 协议规定仍需提供 3.3V 和 5V 电源。事实上，某些设计可能需要 12V 电源;其他人需要低至 0.75 V 的终止电压;甚至存在运算放大器电源轨需要负电源的情况。

许多（如果不是全部）这些电源都需要在一块板上的情况并不少见。需求很容易是六个、七个或更多的供应。电源接通的顺序对于系统的可靠运行至关重要。一个好的经验法则是先从最高的供应量开始，然后向下工作;但情况并非总是如此。例如，一些DSP制造商建议在I/O之前为其器件的内核上电，而另一些则建议相反。考虑到所设计PCB的复杂性，事实是，如果不首先设计、构建和测试电路板，可能很难确定最佳上电顺序。事实证明，这种“试错”方法在制造成本（多个电路板设计周期或旋转）和上市时间方面都成本高昂。

目前采用复位发生器、FET驱动器和RC时间常数的分立电源排序方法（典型实现如图1所示）虽然足以满足需要两个或三个电源的系统，但当数量上升到<>或<>个时，就会变得非常麻烦。另一个问题是精确的复位发生器具有固定的阈值电压。如果（如ASIC设计）必须将电源电压调整为非标准值以提供最大性能，则可能不存在具有修订阈值的复位发生器。此外，这种性质的设计需要电源设计人员对所需顺序进行最佳猜测（尽管是有根据的猜测）。如果猜测被证明是错误的，则很难在不旋转电路板的情况下纠正问题。此外，随着PCB人口密度的增加，房地产成为一个问题，多分量分立解决方案变得没有吸引力。最后，设计省电序列并不容易，使用相同的简单复位发生器，具有固定超时和漏极开路输出。

图1.用于对七个电源进行排序的离散实现。

这里要描述的解决方案是单个IC，它提供了一个总电压管理解决方案，并包含图1所示分立设计的所有功能。但是，该设备需要并且确实更进一步，提供了根据需要轻松更改其配置的灵活性。如果复位门限、上电时序、掉电时序和处理器时钟上的看门狗超时的改变可以在不重新布置硬件的情况下进行更改，则电源设计人员的任务将变得无比容易。当然，单个IC（具有最少的外部元件）也可以解决电路板空间的关键问题。缩短设计时间也意味着缩短上市时间，因为电源设计人员可以更快地实现设计，并确信如有必要，可以在以后进行更改，而无需更改硬件。

ADI公司的ADM1060多电源监控电路就是这样一种器件。它是一款采用单个小型 28 引脚 TSSOP 封装的总电压管理解决方案。它只需要两个外部元件（两个去耦电容器），非常适合电路板空间非常宝贵的应用。

ADM1060可监控多达14个电源。芯片上的所有监控器都使用窗口比较器，因此可以在每个电源故障输入引脚上检测过压和欠压电源故障。其中一个电源故障检测器可以监控高达4.12 V的电源（类似于20 V电源超量+0%）。其中四个监控器可以检测6.6 V至5 V的故障（类似于20 V电源超量+6%）。另外两个监控器可用于监控低至–6 V的负电源。如果不需要监控负电源，这两个引脚可用于监控高达+8 V的电源。上述范围内的任何阈值电压都可以以1位分辨率进行编程。因此，如果ASIC在非标准电压（即非2.1 V、5.1 V、8.1060 V等）下以最佳方式运行，则ADM<>可以围绕修改后的电源电压进行编程，并具有精确的故障检测窗口。这些比较器的迟滞可通过数字方式编程，允许用户控制所需的抗扰度水平。

ADM1060不需要专用电源引脚。该器件采用仲裁方案，从五个电源故障输入引脚中的任何一个为自己供电（此处不使用负电源输入引脚）。无论哪个电源最高，都用于为器件供电。如果最高电源发生故障，ADM1060可无缝切换到下一个最高电源为自己供电。因此，即使在发生故障的系统中，设备也会继续供电，使其能够尽可能长时间地保持对电源的监控。例如，它可能导致启动受控关断序列。ADM1060至少需要3.0 V电压（在其中一个电源输入引脚上）为器件供电。

ADM1060还提供四个通用输入（GPI）。这些是逻辑输入（TTL或CMOS兼容），使用户能够施加控制信号，如POWER_OK、复位或手动复位，并使用这些信号来控制电源的导通顺序。请注意，如果需要监控超过七个电源并将其包含在排序中，这些输入也可用于从外部监控芯片获取信号。还包括一个看门狗定时器。该电路用于确保处理器时钟继续切换（从低到高或从高到低转换）。

该器件的逻辑内核是可编程逻辑块阵列 （PLBA） 和可编程延迟块 （PDB）。这些模块使ADM1060能够按所选顺序对电源可编程时间延迟的导通进行排序。可以为关断序列设置一组不同的时间延迟。例如，可能需要电源在上一次供电后 100 ms 上电，但如果发生故障，则立即关闭。

ADM1060提供1060个输出驱动器。这些可编程驱动器输出 （PDO） 可用作逻辑控制信号，例如芯片使能、LDO（DC/DC 砖）输出使能，或仅用作状态信号，例如POWER_GOOD或复位。输出引脚均采用漏极开路配置，允许用户连接一个外部电阻器，将引脚拉高至所需电压。但是，上拉电压很可能是在器件的一个输入端受到监控的电压，并且片内可用。因此，ADM12内置上拉电阻组，无需外部元件即可连接到上拉电压。当然，在电路板空间最小的情况下，这一点很重要。其中四个输出驱动器还可以提供一个高压栅极驱动，以接通NMOS FET，NMOS FET可以放置在电源路径中。在此选项中，输出引脚提供<> V电荷泵电压。

与ADM1060的通信通过行业标准2线接口（SMBus）。用户可以使用ADI提供的直观GUI设置描述的功能。该编程可以使用评估套件离线完成，也可以在系统内使用3引脚接头电缆（数据、时钟和GND）完成。这两种产品均可从ADI公司获得。一旦对配置感到满意，用户可以将其存储在非易失性存储器中，以便每次器件随后上电时，都会在器件中下载和设置相同的配置。GUI 的示例窗口如图 2 所示。

图2.ADM1060图形用户界面（GUI）。

提供与图1分立设计中概述的1060个电源相同的电源，可以使用单个ADM3实现序列，如图<>所示。

图3.使用单个ADM1060对相同的<>个电源进行排序。

ADM1060的另一个非常强大的特性是能够配置受控关断序列，这在分立式设计中不容易复制。同样，使用提供的软件，可以配置如图4所示的序列。

图4.使用ADM1060控制上电开/关时序。

结论

对单个PCB上多个电压的要求给电源设计人员带来了困难的电源排序问题。由于需要六个、七个或更多的电压，分立式解决方案既笨拙又不切实际。ADI公司的ADM1060提供功能强大且灵活的解决方案，使电源阈值、逻辑输入和电源排序的配置成为一种简单的软件设计，而不是昂贵且容易出错的硬件设计。

审核编辑：郭婷