辐射加固电源排序器TPS7H3014-SP/SEP：特性、应用与设计要点

在电子设计领域，特别是涉及空间应用时，对电源管理和排序的要求极为严苛。德州仪器（TI）推出的TPS7H3014-SP和TPS7H3014-SEP辐射加固型电源排序器，为解决复杂的电源管理问题提供了强大的解决方案。本文将深入探讨这两款器件的特性、应用场景以及设计要点。

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一、器件概述

TPS7H3014是一款集成的、3V至14V、四通道辐射加固电源排序器，适用于空间应用。它可以通过菊花链配置连接多个器件，以扩展通道数量。该器件为具有高电平有效（“开启”）输入的集成电路（IC）提供上下电控制信号，并提供SEQ_DONE和PWRGD标志，用于监控受监控电源树的排序和电源状态。

二、关键特性

（一）辐射性能

• 总电离剂量（TID）：QML版本的辐射硬度保证（RHA）高达100 krad(Si)，SEP版本为50 krad(Si)。
• 单粒子效应免疫：对于QML版本，单粒子闩锁（SEL）、单粒子烧毁（SEB）和单粒子栅极破裂（SEGR）免疫能力可达线性能量转移（LET） = 75 MeV - cm² / mg；SEP版本为43 MeV - cm² / mg。
• 单粒子功能中断（SEFI）和单粒子瞬态（SET）特性：QML版本在LET = 75 MeV - cm² / mg时进行了特性表征，SEP版本为43 MeV - cm² / mg。

（二）电源特性

• 宽输入电压范围：输入电压范围为3V至14V，可适应多种电源环境。
• 多通道排序和监控：单个器件可对多达4个电压轨进行排序和监控，并支持菊花链功能以扩展通道数。
• 精确的阈值电压和滞回电流：TH_SENSEX为599mV ±1%，IHYS_SENSEx为24μA ±3%，在电压、温度和辐射（TID）条件下保持稳定。

（三）输出特性

• 推挽输出：推挽输出的上拉电压可在1.6V至7V之间编程，提供灵活的输出配置。
• 故障监测：FAULT开漏输出用于监测状态机引起的故障，增强系统可靠性。

三、应用场景

（一）卫星电力系统（EPS）

在卫星电力系统中，需要对多个电压轨进行精确的排序和监控，以确保系统的稳定运行。TPS7H3014的辐射加固特性和多通道排序功能使其成为卫星EPS的理想选择。

（二）复杂数字处理器控制

对于如FPGA、SoC、AFE等复杂数字处理器以及空间应用的电源系统，TPS7H3014可以提供可靠的电源排序和监控，确保处理器的正常工作。

四、设计要点

（一）输入电源和去耦电容

• IN引脚：输入电源应在3V至14V之间，并使用至少0.1μF的旁路电容，且应尽可能靠近引脚放置。
• PULL_UP1和PULL_UP2引脚：这两个引脚为推挽输出提供上拉电压，电压范围为1.6V至7V，建议使用至少1μF的陶瓷电容进行去耦。
• REFCAP引脚：该引脚提供1.2V内部参考电压，需要连接一个470nF的外部电容到地，且不要对该引脚进行外部负载。
• VLDO引脚：内部稳压器的输出，需要至少1μF的外部电容到地，可用于关闭未使用的通道或上拉FAULT引脚。

（二）SENSEx输入

• 阈值电压：SENSEx输入连接到比较器的同相输入端，用于监测电压轨的通断状态。阈值电压VTH_SENSEX为599mV（典型值），精度为±1%。
• 滞回电流：内置滞回电流IHYS_SENSEx为24μA（典型值），精度为±3%，可通过外部电阻R_TOPx和R_BOTTOMx调整“开”和“关”电压。

（三）用户可编程定时器

• DLY_TMR：用于设置上升和下降ENx延迟，可通过连接一个10.5kΩ至1.18MΩ的电阻到地来编程，延迟范围为250μs至25ms。
• REG_TMR：用于监测电压轨达到“开”阈值的时间，同样通过连接一个10.5kΩ至1.18MΩ的电阻到地来编程，仅在序列上升期间有效。

（四）UP和DOWN引脚

• 阈值电压：UP引脚的阈值电压VTH_UP为599mV（典型值），DOWN引脚的阈值电压VTH_DOWN为498mV（典型值），精度均为±3%。
• 边缘触发：上升沿触发序列上升，下降沿触发序列下降，可通过外部控制器或电阻分压器驱动。

（五）FAULT引脚

FAULT引脚是一个开漏输出，用于监测内部故障。建议通过一个10kΩ的电阻将该引脚拉到VLDO输出，以确保稳定的监测信号。

五、典型应用案例

（一）自包含序列上下电设计

在一个需要对四个电压轨进行排序和监控的系统中，TPS7H3014可以实现自动的序列上下电。通过合理选择电阻和电容，可确保系统在输入电压达到目标水平时自动启动序列上下电，并通过PWRGD和SEQ_DONE标志监测电源树的状态。

（二）负电压轨排序

对于负电压轨的排序，可以使用外部电路（如稳定的正电压参考和带滞回的比较器）配合TPS7H3014实现。通过合理设计电阻分压器和比较器电路，可以准确监测负电压轨的通断状态。

六、总结

TPS7H3014-SP和TPS7H3014-SEP辐射加固型电源排序器凭借其出色的辐射性能、多通道排序功能和精确的阈值控制，为空间应用和复杂数字系统提供了可靠的电源管理解决方案。在设计过程中，工程师需要根据具体应用需求，合理选择输入电源、去耦电容、电阻和定时器等参数，以确保系统的稳定运行。同时，注意布局和布线，减少干扰和噪声，提高系统的可靠性。你在使用TPS7H3014时遇到过哪些挑战？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。