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標準化的可編程電源管理——當代電路板設計規則

上網時間: 2008年10月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:可編程  電源管理  電路板 

電源管理一般是指涉及電路板供電方面的相關問題。該相關問題包含:

•選擇各種DC-DC轉換器為電路板供電

•電源供應排序/追蹤

•電壓監測

•上述全部

在本文中,電源管理被簡單定義為:對電路板上的所有電源進行管理(包括DC-DC轉換器及LDO等)。電源管理功能包含:

•管理電路板上DC-DC控制器——例如熱插拔、緩啟動、排序、追蹤、裕度和微調。

•產生所有電源供應相關狀態和控制邏輯訊號——例如重置訊號產生、電源錯誤指示(監測)和電壓管理。圖1展示了一個採用CPU或微處理器電路板的典型電源管理功能。

圖1:電路板上的典型電源管理功能。
圖1:電路板上的典型電源管理功能。

熱插拔/緩啟動控制功能可用來限制突波電流以減少供應電源的啟動負載。對插入帶電背板的電路板來說,這是個很重要的功能。

電源供應排序和追蹤功能可在達到電路板上所有元件對順序的需求下,控制多個電源的開/關。

所有供應電壓都被錯誤(過壓/欠壓)監測,以向處理器就即將發生的電源供應錯誤進行預警。該功能也被歸類為監督功能。

當電源啟動時,重置產生功能提供處理器一個可靠的啟動電壓。有些處理器會要求重置訊號在其內部所有電源供應都穩定後,仍能運作一段時間,這也被稱作重置脈衝展延。重置產生器的功能是當電源供應發生錯誤情況時,使處理器保持在重置模式,以防止電路板上快閃記憶體無意中被破壞的情況。

傳統電源管理方案的限制

傳統電路板上的任何電源管理功能都是由個別單功能IC來執行的。不同的供應電壓組合有不同的IC型號可使用。因此,市面上就有來自不同廠商數以萬計針對多重電源供應管理需求的單功能IC。

例如,若要選擇一款重置產生器IC型號,必須提供以下資訊:

•該重置產生器IC需監測的供應電壓

•供應電壓組合(3.3、2.5、1.2或 3.3、2.5、1.8等)

•錯誤偵測電壓(3.3V-5%、3.3V-10%等)

•準確性(3%、2%、1.5%等)

•重置附加電容的重置脈衝擴展功能

•手動重置輸入

為應付所有可能產生的變化,一家廠商可能就有幾百個重置產生器IC型號。若工程師在設計過程中(很可能)需要增加另一個電壓進行監測,必須選擇一個額外且不同型號的IC。類似地,許多單功能IC的型號也會隨著些微功能的不同而有所差異,這些功能包括熱插拔控制器、電源供應排序器和電壓監測/檢測器等。多重電路板系統中的任何電路板均需要不同組的單功能IC,材料成本也因而增加。

日益增加的電路板複雜性

若單功能電源管理IC曾經是可管理的,那也已經是過去式了。大多數典型的電路板目前都使用若干多重電壓元件,每個元件都有電源排序需求。具有更小型電晶體的元件需要帶有增強電流的較低電源供應電壓。設計者常常被要求利用每個多重電壓IC的負載點電源,因此,電路板上的電源供應數就增加了。隨著電源供應路徑的增加以及對多重排序管理的需求,電源管理也變得更加複雜。

隨著電路板變得更複雜,傳統的電源管理方案便顯得難以招架。目前,利用傳統單功能IC執行電源管理的設計師要不是得犧牲監測某些電源供應,不然就得為個別電源管理功能選擇多個單功能元件。這兩種方法都不讓人滿意。

電路板空間增加卻降低了可靠性

單功能IC數的增加以及相關的互連不僅使電路板面積加大,從統計學的角度來看,還降低了電路板的可靠性。舉例來說,不斷增加的組裝錯誤可能會導致不可預知(必然是不好)的結果。


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