使用MAX16046系统管理IC进行排序

CPU、ASIC、FPGA 和存储器等复杂器件通常需要电源排序。MAX16046为排序、监视和电源裕量调节提供高度集成的方案。本应用笔记给出了使用具有特定时序要求的多个器件的示例系统，并提供了使用MAX16046的分步实现。

介绍

现代电子设备具有复杂的电源要求，涉及多个电压轨。必须为 I/O 电压供电;CPU、ASIC 和 FPGA 内核电压;锁相环电压;和存储器终止电压。其他设备需要高电压、高电流或低噪声电源，用于无线电收发器、超声波换能器以及LCD或等离子显示器等应用。

使用多个电源的设计要求设计人员密切关注电源排序。每个电源轨必须按特定顺序导通，以避免复杂多电压IC中的正向偏置保护二极管。如果只是同时打开电源，IC可能会遇到可靠性问题甚至闩锁。

除了电源排序之外，一些系统还实现了裕量调节。电压裕度是一种控制电源电压的方法，以充分利用所有容差的角度并确保系统可靠性。

Maxim提供多种电源管理解决方案。本应用笔记重点介绍MAX16046，它可对多达12个电源轨进行排序、监视和裕量调节。

假设示例系统

以下假设系统将作为整个应用笔记的示例。该系统是带有MPC8548处理器和Virtex® 5 FPGA的通用板。表1显示了为设计选择的复杂IC所需的各种电压。

表 1.电源电压要求

 

名字	描述	规范	当前
VDD	Core supply	1.1V ±55mV	8A
AVDD	PLL supply	1.1V ±55mV
SVDD	SerDes core supply	1.1V ±55mV
XVDD	SerDes pad supply	1.1V ±55mV
GVDD	DDR2 I/O supply	1.8V ±90mV	0.5A
VTT	DDR2 termination	0.49 × GVDD to 0.51 × GVDD	0.5A
LVDD	Ethernet supply	2.5V ±125mV	0.1A
TVDD	Ethernet supply	2.5V ±125mV
OVDD	I/O supply	3.3V ±165mV	0.1A
BVDD	Local bus I/O supply	3.3V ±165mV
Virtex 5 Voltages
VCCINT	Internal supply	0.95V to 1.05V	~10A
VCCAUX	Auxiliary supply	2.375V to 2.625V	1A
VCCO	I/O supply	1.14V to 3.45V	1A
VDD		1.8V ±100mV	2.5A
VDD	Core supply	1.1V ±55mV	8A
VDDL		1.8V ±100mV
VDDQ		1.8V ±100mV

 

处理器和FPGA指定特定的时序顺序，以防止内部ESD二极管长时间正向偏置。大型多电压IC的顺序通常是灵活的，但最好遵循制造商的首选顺序。

MPC8548使用以下顺序：

VDD

AVDD_n, BVDD, LVDD, OVDD, SVDD, TVDD, XVDD

GVDD

Virtex 5 使用以下序列顺序：

VCCAUX

VCCO

每个器件为每个电源轨指定 50ms 的最大上电时间。Virtex 5还要求电源轨的启动速度不超过0.2ms。

图1中的框图有效地实现了电路的发电需求。

图1.电源框图。

由于 3.3V DC-DC 转换器为所有下游负载点 DC-DC 转换器供电，因此需要在 10.3V 时提供至少 3A 的电流。n沟道MOSFET保持用于IO电压的3.3V电源轨。0.9V LDO 提供 V电传用于 1.8V DDR2-SDRAM 内存。

现在实验系统的时序和监测要求已经确定，MAX16046可以用来实现这些要求。

利用MAX16046实现监视、排序和裕量调节

硬件配置

如上所述，MAX16046可监视多达12个电源轨、时序和裕量。监控阈值、序列顺序、裕量参数和其他配置值存储在器件的内部EEPROM中。实时监控数据可以通过SMBus™或JTAG接口读取，这有助于在开发过程中检查排序顺序。

如果在工作期间发生电源故障，MAX16046可以自动关断电源并置位可配置故障输出。该器件还可以配置为在内部EEPROM中存储有关故障的信息，包括电源轨电压和通道状态，以供以后分析。此功能为分析在现场出现故障但在故障实验室中似乎正常工作的电路板提供了一个有用的工具。一旦发生故障，EEPROM将被锁定，因此后续故障不会覆盖存储的故障数据。

图2中的部分原理图显示了MAX16046在图1所示电源架构中的连接。MAX16046控制每个电源的使能输入并监视输出。该器件还控制串联调整 MOSFET，用于保持 3.3V I/O 电源轨。MAX16046的DAC输出连接到多个电源的反馈节点，以实现裕量调节功能。

图2.MAX16046的部分原理图

图3给出了MAX16046周围电路的更详细原理图，包括电源连接和在线编程连接。/SYSTEM_RESET信号运行至MPC8548和Virtex 5的复位输入。预警信号可以警告MPC8548开始干净关断和软关机;关键故障信号可以运行到控制3.3V电源的锁存器，在关键过压事件时将其关闭。（FAULT2是完全可编程的，但在此应用中设置为过压）。看门狗定时器输入WDI连接到MPC8548，以便在MPC16046无法切换WDI时，MAX8548可以SYSTEM_RESET置位。在制造或原型评估期间，/MARGINUP# 和/MARGINDN# 运行到测试点 TP1 和 TP2，以进行裕量调节。

图3.详细的MAX16046原理图

在本例中，在线编程是通过JTAG连接完成的。SDA和SCL运行至MPC8548，因此它可以查询MAX16046以获取故障信息或实时电压测量。应用笔记4285“MAX16046–MAX16049 EEPROM可编程系统管理器的在线编程”详细介绍了在线编程。

当EN电压超过16046.0V （典型值）时，MAX525开始对电源进行排序;当电压降至0.5V （典型值）以下时，它将对电源进行反向排序。至关重要的是，12V电源的输出端必须有足够的大容量电容，以确保反向排序成功完成。门限设置为11.7V，以提供足够的储能电容电压来实现此电压。也可以通过SMBus或JTAG控制电源，以实现软关断应用。

与V串联的二极管抄送允许电容器在 V抄送在故障条件下为MAX16046供电。故障保存操作需要长达204ms的时间，将故障数据写入MAX16046的非易失性EEPROM。MAX16046数据资料中的公式（如下所示）得出的最小电容值为157μF：

上电排序完成后，MAX16046解除SYSTEM_RESET，从而允许处理器和FPGA初始化并开始正常工作。

软件配置

MAX16046组态软件提供了一种方便的配置参数输入方式，无需研究寄存器映射或进行无休止的计算。在我们的电路板中配置MAX16046分几个步骤完成。

步骤 1 在配置软件设置选项卡中输入电源信息。（请参阅图 4。）

图 4.MAX16046配置软件设置卡舌，输入参数。

每个电源在电子表格样式的数据表中由一行表示。1.8V DDR2 电源是双输出电源，因此在该行中添加了一个“子项”来表示第二个监控输入。单击该行，然后单击“添加子项”以添加该电源的额外监视通道。

欠压和过压直接以百分比形式输入。点击写入寄存器后，软件自动计算要加载到MAX16046中的寄存器值。

裕量参数是使用余量计算器输入的，如图 5 所示。裕量计算器将自动计算电压范围，给定电源的参考电压和三个电阻值;它将确定裕量增大电压和裕量减小电压所需的寄存器值。

图5.带3.3V电源轨参数的裕量计算器。

步骤 2
启动排序选项卡，以便确定序列顺序。图6显示了我们电路的序列顺序。使用鼠标光标将电压轨拖动到适当的顺序。每个边栏之间的延迟是通过单击顶行带下划线的蓝色链接来设置的。延迟根据表2设定。

表 2.插槽延迟

 

槽	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
延迟	12.5毫秒	25毫秒	25毫秒	25毫秒	12.5毫秒	12.5毫秒	20微秒	20微秒	20微秒	20微秒	20微秒	20微秒

 

图 6.序列配置。

步骤 3
启动杂项选项卡以设置可编程故障输出、看门狗定时器和各种其他参数。图 7 显示了杂项参数的选项卡。

图 7.其他配置参数。

GPIO1 的任何故障 PP 配置将导致它在发生排序错误或 FAULT1 或 FAULT2 条件为真时断言（推送拉取）。该信号被发送到MPC8548输入，该输入表示发生了故障情况。MPC8548可以通过SMBus查询MAX16046以确定故障原因。

GPIO2 的故障 6 PP 配置将导致它在发生严重过压故障时置位（推挽）。GPIO6可以连接到切断电路板电源以防止损坏的电路。GPIO6 将根据 FAULT2 列中的复选框进行断言。

GPIO4配置为闭环跟踪（INS4），因为该通道用于阻断3.3V IO轨。95% 的电源良好阈值意味着当串联调整 MOSFET 源上的电压超过漏极电压的 95% 时，该电源轨将变为电源就绪。

复位超时设置为 200ms。在所有电源轨达到电源就绪状态并且 200ms 过后，SYSTEM_RESET将变为高电平，使处理器和 FPGA 免于复位。

看门狗定时器配置为SYSTEM_RESET解除置言后的 25.6 秒初始启动延迟。此延迟使MPC8548有时间在切换WDI之前完成启动例程。相关意味着初始启动延迟从上电序列结束时开始测量。

其他定时器参数包括 3.3V IO （400V/s） 的压摆率控制;1600ms自动重试延迟，使MAX16046在上电序列尝试失败后等待1.6秒，然后再试一次;以及故障启动定时器/故障下垂定时器，允许每个电源轨在反向排序期间在阈值内上升或下降 25ms。

设置完所有配置参数后，可以将数据保存到文件中以进行批量编程或保存到版本控制系统中。MAX16046组态软件可以为JTAG编程工具生成SVF文件。

将配置文件加载到组装的目标板后，可以使用配置软件的监控选项卡来帮助进行原型评估。监视选项卡使用MAX16046的ADC提供每个电源的供电轨电压的实时图表。图形的采样速率太慢，无法观察序列顺序，但可以检查电压。

图 8.显示排序的电压监控屏幕。

图8显示了我们电路中电压的屏幕截图。图9显示了一张标有电压轨的复合示波器照片。闭环跟踪压摆率可在3.3V IO电源轨上观察到。

图 9.测序范围照片。

可以检查示波器照片，并与MAX16046配置软件配置的顺序和时序进行比较;它也可以与原始测序要求相匹配。在这种情况下，测量的序列顺序与上一节规范中给出的要求相匹配。

裕量可以通过将两个测试点TP1和TP2中的任何一个接地来评估，这会导致所有电源上升和下降到预定值。电源轨电压可以使用MAX16046或单独的电压表测量。

结论

MAX16046提供了一种在复杂的多电源系统中实现排序、裕量调节和监视的简单方法。MAX16046配置软件简化了容差和顺序的配置。

审核编辑：郭婷