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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 

第二貨源及設計妥協方案

若單功能元件是從不同供應商選購而來,即使發生缺少某一元件,都將增加生產延誤風險,於是第二貨源就此產生。然而,第二貨源降低了設計工程師的零件可用性,迫使設計師不得不就電路板的錯誤覆蓋範圍做出折衷。

系統成本增加

組裝和測試費用與系統中所用的元件數成正比,而元件單位成本與購買數量成反比。由於許多元件是為特定系統需求而提供,但用來建構系統的每一種類型元件數量卻都很少,因此,整體系統成本就隨之增加了。

舉例來說,假設一個系統有10塊電路板,以每年製造1,000個系統的速度進行,若每塊電路板的電源管理都採用一種單功能IC,那麼很可能需要10種不同的單功能IC來完成這個系統設計,這些單功能IC的年產量也許只有1,000顆,而1,000顆IC的單價當然高於10,000顆,所以,與採用同一種多功能單晶片電源管理方案相較——即所有電路板都能使用相同的IC,單功能IC電源管理系統所需成本必然更高。

用多個單功能IC元件來執行傳統電源管理方案令人聯想到1980年代時,數位設計師利用TTL閘極來執行邏輯功能。隨著電路板複雜性的增加,設計師被迫不是得用固定功能的ASIC,就是得增加電路板使用的TTL元件數目。但不意外的是,系統設計所使用的TTL元件數目因此急速增加。

可編成邏輯元件(PLD)的出現使設計師可在電路板特定的單位面積內執行更多功能,也同時縮短了產品上市時間。系統中的零件數目減少了,也降低了整體系統成本。相同的PLD元件可用在多種設計裡,也減少了系統使用元件的數目。公司能在不犧牲任何電路板所需功能的前提下,對少量PLD元件進行標準化處理。

管理少量的PLD比管理大量的TTL閘極要容易的多。相同的PLD可被用於多個電路板設計,因而減少甚至不再需要第二貨源。設計師可在將元件放置到電路板上以前,用軟體模擬設計,因而增加了第一次就設計成功的可能性。

如今,利用單功能電源管理IC就如同過去採用TTL閘極一樣麻煩,當今複雜的電路板設計需要’電源管理PLD’。的確,這個電源管理PLD根本就是電路板設計的必要元件。

可編程電源管理方案

圖2展示了一個採用單一可編程電源管理元件的典型電路板電源管理實例。可編程電源管理元件需要可編程類比和數位單元以促進多個傳統單功能電源管理元件的整合。設計師可配置可編程類比單元以監測一個電壓組合,而不必依靠使用一個專門配置、廠商編程的單功能元件。

圖2:用可編程電源管理元件取代多個單功能IC。
圖2:用可編程電源管理元件取代多個單功能IC。

電源管理元件的可編程數位單元需要用來定義特定電路板邏輯;該邏輯結合了從可編程電源監測功能得來的結果;以執行諸如重置產生、電源供應錯誤中斷產生、以及各電源排序等功能。一個可編程的軟體設計方法使電源管理元件能提供廣泛的電源管理功能。

利用可編程電源管理元件

以Lattice Semiconductor的Power Manager II元件為例,該元件是一款可編程電源管理元件。Power Manager II整合了若干數位和類比單元以支援多個單功能電源管理元件的整合。圖3是Power Manager II元件的圖示。

圖3:Power Manager II系列元件示意圖。
圖3:Power Manager II系列元件示意圖。

圖3所示為Power1014A元件,它是Power Manager II系列中的一款產品。Power1014A可監測10個電源供應路徑、具有14個電源輸出,可執行所有電源管理功能。

Power1014A利用20個內建可編程臨界值精密比較器監測多達10組電源供應的過壓/欠壓狀態,一般監測精密度是0.3%。數位監測輸入適用於連接諸如手動重置、電源供應和切斷等數位訊號。

Power1014A有4個計時器,在122個步進中,可編程範圍都是從32us到2s。這些計時器可用來控制排序延遲、重置脈衝展延以及用作看門狗計時器。

12個開汲極輸出可由晶片上的24個巨集單元CPLD驅動,使DC-DC轉換器能排序、產生一個CPU重置訊號,也能驅動一個P通道MOSFET來執行熱插拔功能。

Power1014A還有兩個高壓(達12V)MOSFET驅動器透過N通道MOSFET達成電源供應、或執行緩啟動功能以及執行負極電源供應路徑上的熱插拔功能。

透過I2C匯流排,任何微處理器借助內建的10位元類比數位轉換器都可測量任何電源供應電壓。該I2C匯流排還能用於監測電源供應比較器、輸入和輸出狀態。


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