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[問答] PMIC和電源軌測序上,如何保障系統的性能?
493 PMIC 電源
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高性能IC可輕松擁有6個或更多不同的直流電源軌,以支持器件內核,RAM,內部緩沖器和外部I / O,如I 2 C,SPI,LVDS和其他端口。這些軌道可以具有不同但間隔很小的標稱值,例如1.2V,1.5V和1.7V,或者這些軌道中的一些可以具有相同的標稱值但是具有不同的公差或物理位置。

類似地,高度集成的專用IC(例如Wi-Fi網絡節點)可具有多個軌道以支持內部功能以及行業標準所需的接口電壓?;蛘咚赡芫哂杏糜谔炀€驅動器及其功率放大器的雙極電源。在PMIC和電源軌測序上,如何保障系統的性能?有哪些方法?


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2019-9-20 11:29:23   評論 分享淘帖 邀請回答 舉報
2個回答
設計人員的問題在于,當施加主電源時]圖1:多軌系統中的電源排序要求某些軌道只有在其他軌道完全打開或其他軌道處于最終值之后才能打開。關閉要求也是可能的,如Altera Enpirion ES1021QI中的測序所示
即使沒有永久性損壞,操作故障也可能導致錯誤排序的不可接受的后果:考慮在電機控制軟件初始化之前打開電機功率MOSFET并準備控制這些MOSFET的效果。這些問題也不一定與正式的加電事件有關;]為了解決這些問題,我們提供專用的電源管理IC(PMIC)來實現電源排序和定時。全功能PMIC允許設計工程師:
  • 建立跨多個軌道相互連接的開啟/關閉順序;
  • 如果需要,控制每個軌道的上升/下降速率;
  • 如果任何單軌發生故障,請管理各種軌道。

通常,軌道之間的定時由軌道電壓而不是絕對時間延遲確定,并且連續軌道“開啟”之間的時間段大約為毫秒。相互關系指南的范圍很簡單,例如“僅當供電A導通時開啟供電B導軌”,更復雜,例如“僅當A和B導軌都處于最終電壓時才開啟供電C導軌”。(注意,“on”由應用要求定義,通常是最終軌電壓的90%,但在關鍵應用中,它可能需要達到最終電壓的1%以內。)

盡管在大多數設計中,電壓是關鍵的,而不是時間本身,但有些設計將時序替換為標準。如果設計人員知道特定電壓軌需要一個明確的時間來達到所需的值,那么這是可能的,并且定時比電壓更容易準確地測量。在這些情況下,諸如“一旦電源B接通后接通電源A軌”的規則被轉換為“在A軌開啟后50毫秒轉動B軌”。然而,必須謹慎使用這種方法,因為沒有證據表明供應A的軌道實際上達到了期望值,除了“此時它應該是正常的”。

2019-9-20 11:30:13 評論

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基于正狀態/反饋的功率軌測序
有趣的是,有些應用的定時周期遠遠超過毫秒范圍。在這些情況下,在另一個導軌通電之前必須經過幾秒鐘(或更長時間)。一個例子是在系統的其余部分運行之前,諸如加熱器之類的功能必須首先達到全溫。另一個例子是系統處理器必須在接通高壓或高功率子系統的電源之前運行校準程序,但如果在核心傳感器的讀數被驗證之前接通高電壓,則可能導致電氣或物理損壞。

一些PMIC集成了DC / DC穩壓器(LDO和開關)以及必要的排序,并針對目標應用進行了優化,如筆記本電腦(CPU,內存,顯示器,I / O和其他標準功能)。雖然這些顯然非常適合于預期的應用,并且應該在這種情況下考慮,但它們也固有地限制了設計者選擇電壓軌和其他應用類型的整體靈活性。

對電源進行排序的要求并不新鮮。例如,對于真空管]在關于電源排序的任何討論中,很容易參與管理許多電源及其軌道的策略,提供物理層控制的基本問題被推到一邊。重要的是要記住,有兩個問題需要解決:來自定序器的控制信號,以及每個DC調節器(V REG)的相應控制輸入。

對于第一個因素,所選擇的定序器當然必須具有足夠的控制輸出,或者在需要時有一些擴展數量的規定。在大多數情況下,這些端口是簡單的單GPIO(通用I]對于第二個因素,DC穩壓器必須具有單引腳使能輸入,或者用戶必須在穩壓器輸出和它驅動的物理電源軌之間添加電子開關(通常是MOSFET),然后控制該開關; 參見圖2。在大多數情況下,最好選擇具有簡單邏輯電平使能控制的直流穩壓器(如果可用),或選擇能夠在沒有單獨MOSFET驅動器的情況下直接驅動具有合適電流/電壓額定值的軌MOSFET的PMIC。

不同的解決方案,廣泛的靈活性

排序通常被認為是PMIC功能,但這是一個令人困惑的領域。一些PMIC專注于排序,而其他PMIC則添加其他功能,例如過流或過壓保護。雖然這些改進可能看起來有價值,但它們提供的保護可能與電源監管機構本身的類似功能重疊或甚至直接沖突。其他PMIC幾乎沒有提供順序,而是專注于監控和報告軌道及其狀態。因此,找到合適的測序解決方案需要查看PMIC以及非PMIC解決方案。


圖2: PMIC輸出直接控制V REG,或者可以驅動外部MOSFET,作為VREG輸出和軌道之間的開關; 在這里,源極Vx和軌道VxOUT之間的頂部有4個這樣的MOSFET,其中x是1,2,3或4.(來源:Altera數據表)。

在最簡單的順序排序的情況下,每個導軌在一系列中打開,因為另一個導軌變得“良好”,解決方案通常很簡單。如果每個在前軌道的調節器具有“電源良好”(PG)輸出,并且下一個調節器具有“使能”(EN)控制輸入,則PG指示器連接到EN輸入。當第一個調節器發出PG信號時,它會自動打開下一個調節器,依此類推。參見圖3。


圖3:在某些情況下,一種簡單但足夠的排序方法是讓一個調節器的PG輸出成為下一個調節器的EN輸入; 這里,2個有序TI TPS62085降壓穩壓器提供直流電壓軌V OUT1和V OUT2(來源:德州儀器數據表)。

這種方法適用于一系列的任何數量的直流調節器,但這種優點也是它的限制:它們必須具有順序模式(盡管一個PG可以連接到多個EN),并且幾乎沒有靈活性。此外,這種方法無法控制一個電源在開啟之前必須等待指定時間間隔的時序,并且它無法解決關斷時序,這可能與開啟順序一樣重要。

<span]為了克服其中一些問題,可以使用帶定時器控制的復位IC 進行上電排序。古老且通用的555定時器IC(或更新的變體)可用于通過在第一軌道達到標稱窗口值之后或在軌道關閉之后調用時間段來控制排序。通過使用555的電阻器在硬件中設置時間段,因此它是通過設計和BOM建立的,而不是固件; 參見圖4。雖然這似乎不是一種優雅的方法,但它是一種有效的方法,當排序問題在設計完成并且正在評估原型板之后變得可見時尤其有用。



圖4:某些設計中的另一個簡單解決方案是使用簡單的555型IC作為基本定時器,以提供由電阻值確定的延遲。

對于有需要更多的靈活性,如一個PMIC多個導軌系統MAX16029從美信集成可用于四個通道,與所述時間延遲期間用戶編程的通過電容器,從而避免存儲器波動或啟動問題; 參見圖5。四個通道中的每一個都獨立于其他通道,每個通道輸出可用于開漏配置,支持高達28V的軌電壓,是高范圍DC穩壓器所需的。具有此功能的其他PMIC通過PMBus接口而不是電容器或電阻器設置其時序,因此可以菊花鏈式連接以處理四個以上的電源軌。


圖5:該MAX16029]對于具有許多軌道的應用,復雜的排序要求以及需要更全面地管理開啟和關閉順序,以前的方法可能不足或需要許多附加組件。有兩種方法可以解決這個排序挑戰,它們都提供了所需的功能。一種是基于用戶編程的微控制器; 另一種是使用專為測序而設計的完全可編程IC。

例如,使用Microchip]圖6:使用基于Microchip技術的電源序列發生器PIC16F1XXX系列提供了跨多個電壓軌的排序和時序靈活性,以及??內部ADC測量的詳細性能標準(來源:Microchip Technology數據表)。

對于一個特定的測序設備,UCD90120A從德州儀器(TI)提供了另一種完全可編程的方法;]圖7:德州儀器(TI)的UCD90120A設計用于對多達12個電源軌進行排序和監控,并通過其PMBus / I2C接口進行用戶編程。額外的GPIO引腳可實現額外的電源相關傳感和控制選項(來源:TI數據表。)


圖8:將靈活的PMIC(如UCD90120A)與GUI相結合,可生成強大的工具,用于建立多個復雜的排序方案,并觀察每個軌的性能及其時序關系(來源:TI應用筆記)。


2019-9-20 11:31:59 評論

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