深入解析ADI LTC2980 - 24：24通道PMBus电源系统管理器

引言

在电子设计领域，电源系统的管理至关重要。ADI公司的LTC2980 - 24作为一款24通道PMBus电源系统管理器，为电源管理带来了强大的功能和高可靠性。本文将详细介绍LTC2980 - 24的特点、应用、电气特性等方面，帮助电子工程师更好地了解和应用这款产品。

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产品概述

主要特性

• 多电源管理：能够对24路电源进行排序、微调、裕度调节和监控，有效管理电源的启动顺序和输出电压。
• 故障管理与日志记录：具备故障管理功能，可监控遥测数据并创建故障日志，方便故障排查和系统维护。
• PMBus兼容：支持PMBus命令集，便于与其他设备进行通信和控制。
• 高精度调节：能够将电源的裕度或微调精度控制在目标值的0.15%以内。
• 快速过压/欠压监控：每个通道都配备快速过压/欠压监控器，及时发现电源异常。
• 多设备协调：可在多个ADI PSM设备之间协调电源排序和故障管理。
• 自动故障记录：自动将故障信息记录到内部EEPROM中。
• 自主运行：无需额外软件即可自主运行。
• 内部监控：具备内部温度和输入电压监控功能。
• 精确测量：能够精确监测24路输出电压、3路输入电压和内部管芯温度。
• 通信接口：采用I2C/SMBus串行接口，方便与其他设备进行通信。
• 宽电源范围：可由3.3V或4.5V - 15V电源供电。
• 可编程看门狗定时器：可监控微处理器的活动，在必要时复位微处理器。
• 封装形式：采用210引脚的8.1mm × 16.9mm BGA封装。

应用领域

• 计算机和网络服务器：确保服务器电源系统的稳定运行，提高系统可靠性。
• 工业测试和测量：满足工业环境下对电源管理的高精度要求。
• 高可靠性系统：为对可靠性要求极高的系统提供可靠的电源管理解决方案。
• 医疗成像：保障医疗成像设备的电源稳定性，提高成像质量。

电气特性

电源特性

• 电源输入范围：VPWR电源输入范围为4.5V - 15V，VDD33电源输入范围为3.13V - 3.47V。
• 电源电流：VPWR和VDD33的电源电流典型值为10 - 13mA。
• 欠压锁定：VDD33的欠压锁定电压为2.35 - 2.8V，具有120mV的迟滞。
• 稳压器输出：内部稳压器可输出3.13 - 3.47V的VDD33和2.35 - 2.6V的VDD25。

电压参考特性

• 输出电压：参考电压VREF的输出电压为1.232V，温度系数为3ppm/°C，迟滞为100ppm。

ADC特性

• 输入范围：电压感应输入范围为0 - 6V，电流感应输入范围（奇数通道）为 - 0.1 - 6V。
• 分辨率：电压感应分辨率为122µV/LSB，电流感应分辨率根据不同范围有所不同。
• 总未调整误差：电压感应模式下，当VIN_ADC ≥ 1V时，总未调整误差为±0.15%；当0 ≤ VIN_ADC ≤ 1V时，为±1.5mV。电流感应模式下，当20mV ≤ VIN_ADC ≤ 170mV时，总未调整误差为±0.7%；当VIN_ADC ≤ 20mV时，为±140µV。
• 转换时间：电压感应模式下转换时间为6.15ms，电流感应模式下为24.6ms。

DAC输出特性

• 分辨率：DAC输出分辨率为10位。
• 满量程输出电压：可编程，范围为1.29 - 2.80V。
• 非线性：积分非线性和微分非线性最大为±2.4LSB。
• 失调电压：最大为±10mV。
• 负载调节：负载调节为100ppm/mA。
• 电源抑制比：DC时为60dB。

电压监控特性

• 输入范围：输入电压范围可编程，低分辨率模式为0 - 6V，高分辨率模式为0 - 3.8V。
• 分辨率：高分辨率模式下为4mV/LSB，低分辨率模式下为8mV/LSB。
• 总未调整误差：根据不同的输入电压范围，总未调整误差在±1.0% - ±1.5%之间。
• 更新周期：更新周期为12.21µs。

引脚配置与功能

LTC2980 - 24采用210引脚的BGA封装，引脚功能丰富。主要包括电源引脚（VPWR、VDD33、VDD25）、电压感应引脚（VSENSEPn、VSENSEMn）、DAC输出引脚（VDACPn、VDACM）、使能引脚（VOUT_ENn、VIN_EN）、通信引脚（SDA、SCL）、控制引脚（CONTROL0、CONTROL1）、故障指示引脚（FAULTBzn）等。每个引脚都有其特定的功能，在设计时需要根据实际需求进行合理连接和配置。

工作原理

设备组成

LTC2980 - 24包含三个独立的LTC2977设备，每个部分都有独立的电源和接地引脚，可独立工作。

设备地址配置

由于包含三个独立设备，每个部分都需要配置唯一的地址。I2C/SMBus地址的配置方式与单个LTC2977设备相同，同时该设备还响应LTC2977的全局地址和SMBus警报响应地址。

EEPROM功能

内部EEPROM用于存储配置设置和故障日志信息，具有纠错码（ECC）。EEPROM的耐久性、保留时间和批量写入操作时间在工作结温范围内有明确规定。当结温超过105°C时，EEPROM的性能会受到一定影响，建议在结温低于85°C时进行写入操作。

应用信息

供电方式

LTC2980 - 24有两种供电方式：

• 中间总线供电：将4.5V - 15V的电压施加到VPWR引脚，内部线性稳压器将VPWR转换为3.3V为内部电路供电。
• 外部3.3V供电：将3.13V - 3.47V的外部3.3V电源直接施加到VDD33引脚，并将VPWR与VDD33引脚相连。

应用电路设计

• VIN感应：可使用VIN_SNS引脚监测和监控除VIN以外的电压，每个VIN_SNS引脚都有校准的内部分压器，可直接感应高达15V的电压。
• 未使用的ADC感应输入：将所有未使用的ADC感应输入（VSENSEPn或VSENSEMn）连接到GND，在某些情况下可使用100k电阻连接到GND。

PCB组装和布局建议

• 旁路电容放置：在VDD33引脚和GND、VDD25引脚和GND、REFP和REFM引脚之间需要放置0.1µF的旁路电容。如果通过VPWR输入供电，该引脚也需要连接0.1µF的旁路电容到GND。
• PCB布局：建议使用多层PCB，专门为电源和接地分配一层，确保低电阻和低电感的电源和接地连接，以减少电源噪声并保证设备正常运行。

设计检查清单

• I2C地址：每个部分都需要配置唯一的地址，建议使用唯一的硬件ASELn值进行简单的系统编程。
• 输出使能：在所有VOUT_ENn引脚使用适当的上拉电阻，确保不超过VOUT_ENn引脚的绝对最大额定值。
• VIN感应：无需外部电阻分压器来感应VIN，VIN_SNS已经有内部校准分压器。
• 逻辑信号：验证数字引脚（SCL、SDA、ALERTB、FAULTBzn、CONTROLn、SHARE_CLK、WDI、ASELn、PWRGD）的绝对最大额定值不被超过。
• 未使用的输入：将所有未使用的VSENSEPn、VSENSEMn和DACMn引脚连接到GND，避免输入浮空。
• DAC输出：根据所需的裕度范围选择合适的电阻，可参考LTpowerPlay中的电阻选择工具。
• 电源供应：如果通过VPWR供电，不要将VDD33(A)、VDD33(B)和VDD33(C)引脚连接在一起，因为每个VDD33引脚都有独立的内部稳压器。

典型性能特性

文档中给出了多个典型性能特性曲线，包括参考电压与温度的关系、温度传感器误差与温度的关系、ADC总未调整误差与温度的关系等。这些曲线可以帮助工程师更好地了解设备在不同温度下的性能表现，为设计提供参考。

相关部件

ADI还提供了一系列相关的电源管理部件，如LTC2970、LTC2974、LTC2975、LTC2977、LTC2980、LTM2987、LTC3880和LTC2971等。这些部件在功能和性能上各有特点，工程师可以根据具体需求进行选择和搭配。

总结

LTC2980 - 24作为一款功能强大的24通道PMBus电源系统管理器，具有丰富的功能和良好的性能。在实际设计中，工程师需要根据具体应用需求，合理配置设备的参数和引脚，注意PCB布局和电源供应等方面的问题，以确保系统的稳定运行。同时，参考相关的典型性能特性和设计检查清单，可以帮助工程师更好地完成设计任务。大家在使用过程中遇到任何问题，欢迎在评论区交流讨论。