Nathan Enger

凌力爾特公司   混合信號產(chǎn)品部   高級應用工程師

設計多軌電源時(shí)，每增加一個(gè)電源軌，挑戰都會(huì )成倍增加。設計師必須考慮怎樣動(dòng)態(tài)協(xié)調電源排序和定時(shí)、加電復位、故障監視、提供恰當的響應以保護系統等方方面面。有經(jīng)驗的設計師都知道，隨著(zhù)項目從原型向生產(chǎn)環(huán)境轉變，成功應對這種動(dòng)態(tài)變化環(huán)境的關(guān)鍵是靈活性。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，能夠最大限度減少軟硬件更改的解決方案是理想解決方案。

理想的多軌電源設計方法是，一項設計自始至終只用一個(gè) IC，在該產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中無(wú)需更改布線(xiàn)。該 IC 對多個(gè)電源軌自主進(jìn)行監察和排序，并與其他 IC 協(xié)作，無(wú)縫地監察系統中多個(gè)電源穩壓器，提供故障和復位管理。當系統連接到 I2C 總線(xiàn)時(shí)，設計師可以運用功能強大、基于 PC 的軟件，實(shí)時(shí)配置系統、實(shí)現系統可視化并調試系統。

LTC2937 正合需求。這是一款具 EEPROM 的 6 通道電壓排序器和高準確度監察器。6 個(gè)通道每個(gè)都有兩個(gè)專(zhuān)用的比較器以 ±0.75% 的準確度準確地監視過(guò)壓和欠壓情況。比較器門(mén)限可在 0.2V 至 6V 范圍內以 8 位分辨率單獨地設定。這些比較器速度很快，具 10μs 抑峰傳輸延遲。每個(gè)排序器通道都有一個(gè)使能輸出，可控制一個(gè)外部穩壓器或一個(gè)通路 FET 的柵極。監察器電壓和排序器定時(shí)的所有方面都是可單獨配置的，包括向上排序和向下排序順序、排序定時(shí)參數、以及故障響應。內置 EEPROM 使該器件完全實(shí)現了自主化，能夠以正確狀態(tài)加電以控制系統。此外，多個(gè) LTC2937 可協(xié)作運行，以對一個(gè)系統中多達 300 個(gè)電源自主排序，進(jìn)行所有操作時(shí)都使用單條通信總線(xiàn)。

通過(guò) LTC2937 的自主故障響應行為以及調試寄存器，可控制、查看和管理電源故障。LTC2937 自動(dòng)檢測故障情況，并能夠以協(xié)調一致的方式給系統斷電。該器件可保持斷電，或嘗試在故障后重新給電源排序。在具備微控制器和 I²C / SMBus 的系統中，LTC2937 提供有關(guān)故障類(lèi)型和原因以及系統狀態(tài)的詳細信息。微控制器可以就怎樣響應做出決定，或者允許 LTC2937 自己響應。

表 1：具 EEPROM 的可編程 6 通道排序器和監察器

電源控制的 3 個(gè)步驟

一個(gè)電源周期有 3 個(gè)運行步驟：加電排序、監視和斷電排序。圖 2 針對一個(gè)典型系統顯示了這些階段。在加電排序時(shí)，每個(gè)電源都必須等待，然后在指定的時(shí)間內加電到正確的電壓。在監視階段，每個(gè)電源都必須保持在指定的過(guò)壓和欠壓限制之內。在斷電排序時(shí)，每個(gè)電源都必須等待 (順序常常與加電排序順序不同)，然后在設定時(shí)間內斷電。在任意時(shí)刻都有可能出錯，導致系統中出現故障。設計挑戰就是，設計一個(gè)系統，其中所有這些步驟以及所有變量都可輕易配置，但必須仔細控制。

圖 1：LTC2937 對 6 個(gè)電源排序

圖 2：電源排序波形

當 ON 輸入轉換至有效時(shí)，加電排序開(kāi)始。LTC2937 按照向上排序順序逐一加電，使每個(gè)電源依次啟動(dòng)，并進(jìn)行監視，以確保電源電壓在指定時(shí)間之前上升至高于所設定的門(mén)限。任何電源，如果未能滿(mǎn)足設定時(shí)間要求，都會(huì )觸發(fā)排序故障。

提供排序位置時(shí)鐘是 LTC2937 的獨特優(yōu)勢。每個(gè)通道都分配了一個(gè)排序位置 (1 至 1023)，并在 LTC2937 計數到給定排序位置序號時(shí)接收啟動(dòng)信號。具排序位置 1 的通道總是在具排序位置 2 的通道之前啟動(dòng)。如果更改了系統規定，要求這兩個(gè)通道以不同的順序排序，那么排序位置可以交換，在計數到排序位置 1 時(shí)給第二個(gè)通道加電，計數到排序位置 2 時(shí)給第一個(gè)通道加電。多個(gè) LTC2937 可以共享排序位置信息，以便對所有 LTC2937 芯片而言，排序位置 N 同時(shí)出現，由不同芯片控制的通道可以參與到相同的排序中 (參見(jiàn)圖 3)。

圖 3：多個(gè) LTC2937 的典型連接

當最后一個(gè)通道加電并跨過(guò)其欠壓門(mén)限后，監視階段開(kāi)始。在監視階段，LTC2937 運用其高準確度比較器連續監視每個(gè)輸入的電壓，看其是否超越過(guò)壓和欠壓門(mén)限。該器件忽視輸入信號上較小的干擾，僅在電壓以足夠的幅度超越門(mén)限并持續足夠長(cháng)時(shí)間時(shí)才觸發(fā)。當 LTC2937 檢測到故障時(shí)，會(huì )按照所設定的監察器故障響應行為，立即做出響應。在典型情況下，該器件同時(shí)關(guān)斷所有電源，向系統確定 RESETB，然后嘗試按照正常啟動(dòng)順序重新加電。這可防止電源給系統的一部分供電而其他部分得不到供電，或者防止系統在故障后執行不一致的故障恢復。一個(gè)系統中的多個(gè) LTC2937 可分享故障狀態(tài)信息，相互對對方的故障做出響應，從而在故障恢復時(shí)，保持協(xié)作通道之間完全的一致性。LTC2937 提供無(wú)數可編程故障響應行為，以滿(mǎn)足很多不同的系統配置需求。

當 ON 輸入轉變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，斷電排序階段開(kāi)始。排序位置時(shí)鐘再次開(kāi)始計數，以給電源斷電，不過(guò)所有斷電排序參數都不受加電排序參數影響。通道可以按照任何順序斷電排序，而且多個(gè) LTC2937 芯片協(xié)調所有受控電源的排序。在斷電排序時(shí)，每個(gè)電源必須在指定時(shí)間限制之內下降至低于其放電門(mén)限，否則會(huì )觸發(fā)排序故障。LTC2937 可用一個(gè)可選電流源拉低電源電壓，以使變化速度慢的電源有效放電。

排序位置時(shí)鐘強制執行基于事件的排序順序，每個(gè)事件等待之前的事件發(fā)生之后才能繼續。LTC2937 還允許基于時(shí)間的排序，可用于在預定時(shí)間點(diǎn)啟動(dòng)電源軌的系統中�？芍匦屡渲玫募拇嫫骷瓤稍诨�于時(shí)間的排序模式、又可在基于事件的排序模式下運行。

LTpowerPlay 讓事情變得簡(jiǎn)單了

LTC2937 有一套廣泛、功能強大的寄存器，而控制這些寄存器很簡(jiǎn)單。LTpowerPlay 的圖形用戶(hù)界面 (GUI) 在一個(gè)簡(jiǎn)便的界面中，顯示狀態(tài)寄存器和調試寄存器中的所有信息。GUI 在 I²C/SMBus 上與凌力爾特的任何電源系統管理 IC (包括 LTC2937) 通信。配置一個(gè)或多個(gè) LTC2937 只需點(diǎn)擊幾下鼠標這么簡(jiǎn)單。

LTpowerPlay 將設置值保存在 PC 上，并可將設置值寫(xiě)到 LTC2937 的 EEPROM 中。該 GUI 還顯示系統故障的所有調試信息。LTpowerPlay 可顯示任一電源何時(shí)出現了過(guò)壓或欠壓，或者，某個(gè)電源是否未能成功完成排序定時(shí)。故障后，該 GUI 允許徹底控制系統重啟。在設計的每個(gè)階段，即啟動(dòng)、配置、調制和運行階段，LTpowerPlay 是系統性能不可或缺的窗口。

圖 4：LTpowerPlay 的圖形用戶(hù)界面 (GUI) 在一個(gè)簡(jiǎn)便的界面中顯示狀態(tài)寄存器和調試寄存器中的所有信息。配置一個(gè)或多個(gè) LTC2937 只需點(diǎn)擊幾下鼠標這么簡(jiǎn)單。LTpowerPlay 將設置值保存在 PC 上，并可將設置值寫(xiě)到 LTC2937 的 EEPROM 中。

結論

LTC2937 簡(jiǎn)化了電源系統排序和監察。該器件僅需占用非常少的電路板空間，就可構成一個(gè)完整系統。LTC2937 非常靈活、可重新配置，而通過(guò) EEPROM 寄存器又可自主運行。該器件可獨立運行，或者與一個(gè)大型系統中的其他芯片一起使用，無(wú)縫協(xié)調多達 300 個(gè)電源的運行。