設計多軌電源時，每增加一個電源軌，挑戰(zhàn)都會成倍增加。設計師必須考慮怎樣動態(tài)協(xié)調(diào)電源排序和定時、加電復位、故障監(jiān)視、提供恰當?shù)捻憫员Ｗo系統(tǒng)等方方面面。有經(jīng)驗的設計師都知道，隨著項目從原型向生產(chǎn)環(huán)境轉(zhuǎn)變，成功應對這種動態(tài)變化環(huán)境的關鍵是靈活性。在開發(fā)過程中，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 IC，在該產(chǎn)品的整個生命周期中無需更改布線。該 IC 對多個電源軌自主進行監(jiān)察和排序，并與其他 IC 協(xié)作，無縫地監(jiān)察系統(tǒng)中多個電源穩(wěn)壓器，提供故障和復位管理。當系統(tǒng)連接到 I2C 總線時，設計師可以運用功能強大、基于 PC 的軟件，實時配置系統(tǒng)、實現(xiàn)系統(tǒng)可視化并調(diào)試系統(tǒng)。
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(jiān)察器。6 個通道每個都有兩個專用的比較器以 ±0.75% 的準確度準確地監(jiān)視過壓和欠壓情況。比較器門限可在 0.2V 至 6V 范圍內(nèi)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。每個排序器通道都有一個使能輸出，可控制一個外部穩(wěn)壓器或一個通路 FET 的柵極。監(jiān)察器電壓和排序器定時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、排序定時參數(shù)、以及故障響應。內(nèi)置 EEPROM 使該器件完全實現(xiàn)了自主化，能夠以正確狀態(tài)加電以控制系統(tǒng)。此外，多個 LTC2937 可協(xié)作運行，以對一個系統(tǒng)中多達 300 個電源自主排序，進行所有操作時都使用單條通信總線。
通過 LTC2937 的自主故障響應行為以及調(diào)試寄存器，可控制、查看和管理電源故障。LTC2937 自動檢測故障情況，并能夠以協(xié)調(diào)一致的方式給系統(tǒng)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(tǒng)中，LTC2937 提供有關故障類型和原因以及系統(tǒng)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(jiān)察器
LTC2933
LTC2936
LTC2937
排序器
無
無
有
比較器輸出
無
有
無
門限范圍
1V 至 13.9V (1×)
0.2V 至 5.8V (5×)
0.2V 至 5.8V (6×)
0.2V 至 6V (6×)
門限準確度
±1%
±1%
±0.75%
電源
3.4V 至 13.9V
3.13V 至 13.9V
2.9V 至 16.5V
封裝 (mm × mm)
5×4 DFN-16，SSOP-16
4×5 QFN-24，SSOP-24
5×6 QFN-28
電源控制的 3 個步驟
一個電源周期有 3 個運行步驟：加電排序、監(jiān)視和斷電排序。圖 2 針對一個典型系統(tǒng)顯示了這些階段。在加電排序時，每個電源都必須等待，然后在指定的時間內(nèi)加電到正確的電壓。在監(jiān)視階段，每個電源都必須保持在指定的過壓和欠壓限制之內(nèi)。在斷電排序時，每個電源都必須等待 (順序常常與加電排序順序不同)，然后在設定時間內(nèi)斷電。在任意時刻都有可能出錯，導致系統(tǒng)中出現(xiàn)故障。設計挑戰(zhàn)就是，設計一個系統(tǒng)，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 個電源排序
圖 2：電源排序波形
當 ON 輸入轉(zhuǎn)換至有效時，加電排序開始。LTC2937 按照向上排序順序逐一加電，使每個電源依次啟動，并進行監(jiān)視，以確保電源電壓在指定時間之前上升至高于所設定的門限。任何電源，如果未能滿足設定時間要求，都會觸發(fā)排序故障。
提供排序位置時鐘是 LTC2937 的獨特優(yōu)勢。每個通道都分配了一個排序位置 (1 至 1023)，并在 LTC2937 計數(shù)到給定排序位置序號時接收啟動信號。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。如果更改了系統(tǒng)規(guī)定，要求這兩個通道以不同的順序排序，那么排序位置可以交換，在計數(shù)到排序位置 1 時給第二個通道加電，計數(shù)到排序位置 2 時給第一個通道加電。多個 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 同時出現(xiàn)，由不同芯片控制的通道可以參與到相同的排序中 (參見圖 3)。
圖 3：多個 LTC2937 的典型連接
當最后一個通道加電并跨過其欠壓門限后，監(jiān)視階段開始。在監(jiān)視階段，LTC2937 運用其高準確度比較器連續(xù)監(jiān)視每個輸入的電壓，看其是否超越過壓和欠壓門限。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限并持續(xù)足夠長時間時才觸發(fā)。當 LTC2937 檢測到故障時，會按照所設定的監(jiān)察器故障響應行為，立即做出響應。在典型情況下，該器件同時關斷所有電源，向系統(tǒng)確定 RESETB，然后嘗試按照正常啟動順序重新加電。這可防止電源給系統(tǒng)的一部分供電而其他部分得不到供電，或者防止系統(tǒng)在故障后執(zhí)行不一致的故障恢復。一個系統(tǒng)中的多個 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，保持協(xié)作通道之間完全的一致性。LTC2937 提供無數(shù)可編程故障響應行為，以滿足很多不同的系統(tǒng)配置需求。
當 ON 輸入轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖綍r，斷電排序階段開始。排序位置時鐘再次開始計數(shù)，以給電源斷電，不過所有斷電排序參數(shù)都不受加電排序參數(shù)影響。通道可以按照任何順序斷電排序，而且多個 LTC2937 芯片協(xié)調(diào)所有受控電源的排序。在斷電排序時，每個電源必須在指定時間限制之內(nèi)下降至低于其放電門限，否則會觸發(fā)排序故障。LTC2937 可用一個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。
排序位置時鐘強制執(zhí)行基于事件的排序順序，每個事件等待之前的事件發(fā)生之后才能繼續(xù)。LTC2937 還允許基于時間的排序，可用于在預定時間點啟動電源軌的系統(tǒng)中。可重新配置的寄存器既可在基于時間的排序模式、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單。LTpowerPlay 的圖形用戶界面 (GUI) 在一個簡便的界面中，顯示狀態(tài)寄存器和調(diào)試寄存器中的所有信息。GUI 在 I2C/SMBus 上與ADI的任何電源系統(tǒng)管理 IC (包括 LTC2937) 通信。配置一個或多個 LTC2937 只需點擊幾下鼠標這么簡單。
LTpowerPlay 將設置值保存在 PC 上，并可將設置值寫到 LTC2937 的 EEPROM 中。該 GUI 還顯示系統(tǒng)故障的所有調(diào)試信息。LTpowerPlay 可顯示任一電源何時出現(xiàn)了過壓或欠壓，或者，某個電源是否未能成功完成排序定時。故障后，該 GUI 允許徹底控制系統(tǒng)重啟。在設計的每個階段，即啟動、配置、調(diào)制和運行階段，LTpowerPlay 是系統(tǒng)性能不可或缺的窗口。
圖 4：LTpowerPlay 的圖形用戶界面 (GUI) 在一個簡便的界面中顯示狀態(tài)寄存器和調(diào)試寄存器中的所有信息。配置一個或多個 LTC2937 只需點擊幾下鼠標這么簡單。LTpowerPlay 將設置值保存在 PC 上，并可將設置值寫到 LTC2937 的 EEPROM 中。
結(jié)論
LTC2937 簡化了電源系統(tǒng)排序和監(jiān)察。該器件僅需占用非常少的電路板空間，就可構(gòu)成一個完整系統(tǒng)。LTC2937 非常靈活、可重新配置，而通過 EEPROM 寄存器又可自主運行。該器件可獨立運行，或者與一個大型系統(tǒng)中的其他芯片一起使用，無縫協(xié)調(diào)多達 300 個電源的運行。