探秘ADM1168：多功能电源监控与排序芯片的卓越之选

引言

在当今复杂的电子系统中，电源管理和监控至关重要。ADM1168作为一款多功能的电源监控与排序芯片，为工程师们提供了强大而灵活的解决方案。本文将深入探讨ADM1168的特性、功能、应用以及使用方法，帮助电子工程师更好地理解和应用这款芯片。

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芯片特性概览

全面的监控与排序能力

ADM1168为多达8个电源提供了完整的监控和排序解决方案，能够对电源进行高精度的监测，在25°C时对所有电压的监测精度可达<0.5%，在全电压和温度范围内精度<1.0%。这使得它在多电源系统中能够准确地监控电源状态，确保系统的稳定运行。

非易失性故障记录

具备16个事件深度的黑匣子非易失性故障记录功能，这意味着在系统出现故障时，能够记录下关键的故障信息，方便工程师进行故障排查和分析。即使在电源故障的情况下，这些记录也不会丢失，为故障诊断提供了有力的依据。

灵活的输入输出配置

• 输入方面：有4个可选的输入衰减器，可对高达14.4V的电源进行监测；4个双功能输入（VX1 - VX4），既可以作为电源故障检测器，也可以作为通用逻辑输入；高阻抗输入的电源故障检测器，阈值范围在0.573V至1.375V之间。
• 输出方面：拥有8个可编程驱动输出（PDO1 - PDO8），输出模式多样，包括开漏、推挽等，还可以提供高达12V的输出用于驱动外部NFET。

强大的测序引擎

测序引擎（SE）实现了对PDO输出的状态机控制，状态变化取决于输入事件。这使得芯片能够实现复杂的电源上电和下电序列控制、故障事件处理以及警告中断生成等功能。同时，还可以通过SMBus对测序进行软件控制，增加了系统的灵活性。

其他特性

• 采用最高的VPx或VH电源供电，提高了冗余性。
• 拥有256字节的用户EEPROM，方便用户存储自定义信息。
• 具备行业标准的2线总线接口（SMBus），便于与其他设备进行通信。

引脚配置与功能

引脚功能详解

引脚编号	引脚名称	功能描述
1 - 4	VX1 - VX4	高阻抗输入到电源故障检测器，故障阈值可在0.573V至1.375V之间设置，也可作为通用数字输入。
5 - 7	VP1 - VP3	低电压输入到电源故障检测器，可通过改变输入衰减设置三个输入范围。
8	VH	高电压输入到电源故障检测器，可设置三个输入范围。
9	AGND	输入衰减器的接地端。
10	REFGND	片上参考电路的接地端。
11, 13 - 16	NC	无连接，请勿连接此引脚。
12	REFOUT	参考输出，2.048V，需在该引脚和REFGND之间连接一个10μF的电容。
17 - 24	PDO8 - PDO1	可编程输出驱动器。
25	PDOGND	输出驱动器的接地端。
26	VCCP	中央电荷泵电压，5.25V，需在该引脚和GND之间连接一个10μF的电容。
27	A0	逻辑输入，设置SMBus接口地址的第七位。
28	A1	逻辑输入，设置SMBus接口地址的第六位。
29	SCL	SMBus时钟引脚，双向开漏，需要外部上拉电阻。
30	SDA	SMBus数据引脚，双向开漏，需要外部上拉电阻。
31	VDDCAP	设备电源电压，由VPx和VH中最高电压线性调节至典型值4.75V，需在该引脚和GND之间连接一个10μF的电容。
32	GND	电源地。

电源供电与配置

ADM1168由VPx或VH中最高电压输入供电，这种设计提高了芯片的冗余性。VDD仲裁器会选择合适的电源为芯片供电，仲裁器可看作是四个低压差稳压器（LDO）的“或”操作。同时，需要在VDDCAP引脚连接一个外部电容，用于去耦和在电源掉电时作为储能电容，推荐使用10μF的电容。

输入功能分析

电源监控输入

芯片有八个可编程输入，其中四个是专用电源故障检测器（SFDs），分别是VH和VPx（VP1 - VP3），另外四个输入（VX1 - VX4）具有双功能。这些输入可以配置为检测欠压、过压或窗口外故障，阈值可以通过寄存器进行8位分辨率的编程。

输入比较器滞回

为了避免输入接近设定阈值时的抖动，UV和OV比较器具有数字可编程滞回功能。滞回值可以根据公式 (V{H Y S T}=V{R} × N{THRESH } / 255) 进行计算，其中 (N{THRESH }) 最大为31。

输入毛刺滤波

SFDs的最后一级是毛刺滤波器，可对SFD比较器的输出进行时域滤波，去除电源开启时的杂散过渡。毛刺滤波器的超时时间可编程，最长可达100μs。

VXx输入的特殊功能

VXx输入既可以作为电源故障检测器，也可以作为数字逻辑输入。作为模拟输入时，其输入范围为0.573V至1.375V，但可以通过外部电阻分压网络监测其他电源。作为数字输入时，可提供额外的电源监控功能，并且可以配置为检测电平变化或边沿变化。

输出功能分析

电源排序输出

通过可编程驱动输出（PDOs）实现电源排序，PDOs可以作为逻辑使能或FET驱动器。测序引擎（SE）根据芯片输入的状态控制PDOs的动作，可用于为LDO或DC - DC转换器提供使能信号、提供PWRGD信号或RESET输出等。

PDO输出配置

PDOs可以编程为多种输出模式，包括开漏、开漏带弱上拉、开漏带强上拉、强下拉到GND以及内部电荷泵高驱动（仅PDO1 - PDO6）。数据驱动PDOs的来源有三个：测序引擎输出、直接来自SMBus、片上时钟。

默认输出配置

未编程的ADM1168芯片内部寄存器初始值为0，PDOx引脚通过片上20kΩ弱下拉电阻拉到GND。在电源上电过程中，PDO的状态会根据输入电源电压的变化而变化。

测序引擎详解

概述

测序引擎（SE）为用户提供了强大而灵活的排序控制，它基于状态机控制PDO输出，状态变化取决于输入事件。SE程序可以实现复杂的电路板控制，如电源上电和下电序列控制、故障事件处理和警告中断生成等，还可以集成看门狗功能。

状态机结构

SE状态机由63个状态单元组成，每个状态具有以下属性：

• 监测八个输入引脚（VP1 - VP3、VH和VX1 - VX4）的状态信号。
• 可以从任何其他状态进入。
• 有三个退出路径：序列检测、故障监测和超时。
• 序列和超时块的延迟定时器可以独立编程，超时范围为0ms至400ms。
• 在一个状态内，八个PDO引脚的输出状态是固定的。
• 状态转换时间小于20μs。
• 可以触发将黑匣子故障和状态寄存器写入EEPROM的黑匣子部分。

警告监测

SE还会监测警告信号，这些警告可以由ADC读数超出极限寄存器值或VPx和VH的二次电压监测触发。警告信号会进行“或”运算，并作为单个警告输入提供给三个状态退出块。

SMBus跳转

可以通过SMBus强制SE无条件进入下一个状态，这在调试序列或进入裕度状态时非常有用。

应用示例

以一个三电源系统的上电序列为例，展示了SE的工作原理。在这个系统中，VP1引脚的5V电源正常且VX1引脚为低电平时，触发上电序列。序列依次开启3.3V和2.5V电源，当所有电源正常开启后，进入PWRGD状态。在整个过程中，通过序列检测器、监测故障检测器和超时检测器处理各种故障情况。

故障与状态报告

ADM1168具有故障锁存器用于记录故障，FSTAT1和FSTAT2寄存器用于存储故障信息。每个输入对应一个位，输入故障时相应位会被置位。故障寄存器可以在每个状态中启用或禁用，以确保只捕获真实的故障。

此外，芯片还有多个状态寄存器，提供更详细的信息，如输入的欠压或过压故障、ADC极限故障等。状态寄存器分为两组，一组不锁存，随时响应输入变化；另一组在序列引擎状态改变时更新并锁存，用于黑匣子功能写入状态信息。

非易失性黑匣子故障记录

EEPROM的一部分（地址0xF900至0xF9FF）可用于存储用户自定义设置和信息，其中地址0xF980至0xF9FF可存储多达16条故障记录。任何测序引擎状态都可以指定为黑匣子写入状态，每次进入该状态时，会将故障记录写入EEPROM。

故障记录包含标志位、前一个状态的状态号、状态退出原因、输入比较器状态、VXx GPISTAT状态、LIMSTATx状态和校验和字节等信息。每次写入一条故障记录大约需要2ms，写入过程中芯片会确保记录完整。

为了避免故障记录丢失，应用程序可以定期轮询芯片，或者使用PDOx输出产生中断信号通知处理器读取故障记录。读取故障记录后，需要擦除EEPROM并重置故障记录器，以便再次使用。

通信与配置

上电配置下载

ADM1168的配置由RAM中的内容决定，RAM中的数字锁存器是双缓冲的，包括Latch A和Latch B。上电时，需要将EEPROM中的内容下载到本地锁存器，具体步骤如下：

1. 无电源时，PDOs为高阻抗。
2. 当输入电源达到1.2V时，PDOs通过20kΩ电阻弱下拉到GND。
3. 电源超过欠压锁定（UVLO为2.5V）时，EEPROM开始下载到RAM。
4. EEPROM内容下载到所有Latch A。
5. 下载完成后，设备控制器将所有Latch A的内容同时下载到Latch B，完成配置下载。
6. 配置下载完成0.5ms后，从EEPROM下载第一个状态定义到SE。

配置更新

上电后，用户可以通过SMBus接口更新ADM1168的配置，有三种更新选项：

1. 实时更新配置，直接写入RAM。
2. 只更新Latch A，不更新Latch B，配置保持不变，直到更新Latch B。
3. 更改EEPROM寄存器内容，不改变RAM内容，然后将修改后的EEPROM内容下载到RAM。

测序引擎更新

SE有自己的512字节EEPROM用于存储状态定义，上电时从EEPROM加载第一个状态。要更改状态，需要直接修改EEPROM中的64位字，并上传到EEPROM。

内部寄存器

芯片包含大量数据寄存器，主要包括地址指针寄存器和配置寄存器。地址指针寄存器用于选择其他内部寄存器，配置寄存器用于控制和配置芯片的各种操作参数。

EEPROM

ADM1168有两个512字节的非易失性EEPROM，一个用于存储配置数据、用户信息和故障记录，另一个用于存储SE的状态定义。EEPROM可以读写，但写入前需要先擦除，且写入速度较慢，写入次数有限。

串行总线接口

芯片通过串行系统管理总线（SMBus）进行控制，作为从设备连接到总线上。上电后约1ms完成EEPROM下载，下载完成前访问芯片会收到无应答（NACK）。

SMBus协议

ADM1168使用多种SMBus协议进行读写操作，包括发送字节、写入字节/字、块写入、接收字节和块读取等。同时，还提供了数据包错误检查（PEC）功能，用于验证数据的正确性。

应用领域

ADM1168适用于多种应用场景，如中央办公系统、服务器/路由器、多电压系统线卡、DSP/FPGA电源排序以及带裕度电源的在线测试等。其强大的功能和灵活的配置使其能够满足不同系统的电源管理和监控需求。

总结

ADM1168作为一款功能强大的电源监控与排序芯片，为电子工程师提供了全面而灵活的解决方案。通过其丰富的输入输出配置、强大的测序引擎、非易失性故障记录以及灵活的通信和配置方式，能够有效地实现多电源系统的监控和排序，提高系统的稳定性和可靠性。在实际应用中，工程师可以根据具体需求对芯片进行配置和编程，以满足不同系统的要求。

在使用ADM1168时，需要注意电源供电、引脚配置、寄存器设置以及通信协议等方面的细节，以确保芯片的正常工作。同时，对于故障记录和配置更新等功能，也需要合理使用，以便更好地进行故障排查和系统维护。希望本文能够帮助电子工程师更好地理解和应用ADM1168芯片，为电子系统的设计和开发提供有力的支持。

你在使用ADM1168芯片的过程中遇到过哪些问题？对于电源监控和排序芯片，你还有哪些关注的要点？欢迎在评论区分享你的经验和想法。