優(yōu)化PCB設(shè)計的可編程電源管理方案

　　可編程電源管理方案

　　圖2顯示了一個采用單一可編程電源管理器件的典型PCB電源管理實現(xiàn)。可編程電源管理器件需要可編程模擬和數(shù)字部分以簡化多個傳統(tǒng)單功能電源管理器件的整合。設(shè)計師可配置可編程模擬部分以監(jiān)測一組電壓組合而不必求助采用一個專門配置、廠家編程的單功能器件。

                                 圖2：一個可編程電源管理器件可取代多個單功能IC。

　　需要用電源管理器件的可編程數(shù)字部分來定義針對PCB的邏輯，該邏輯結(jié)合可編程電源監(jiān)測功能來實現(xiàn)諸如復(fù)位生成、電源故障中斷生成以及各個電源的排序。一個基于軟件的可編程設(shè)計方法論使電源管理器件能提供多種針對具體PCB的電源管理功能。

　　利用可編程電源管理器件

　　萊迪思半導(dǎo)體(Lattice Semiconductor)的Power Manager II器件是可編程電源管理器件的一個例子。Power Manager II整合了若干數(shù)字和模擬單元以支持多個單功能電源管理器件的整合。圖3是Power Manager II器件的框圖。圖3中所示的器件是Power1014A，它是Power Manager II系列中的一款產(chǎn)品。Power1014A可監(jiān)測10種電源電壓、帶有14個輸出，可實現(xiàn)全部電源管理功能。Power1014A利用20個片上可編程精準(zhǔn)門限比較器實現(xiàn)多達10組電壓的過/欠壓監(jiān)測，典型監(jiān)測精度是0.3%。數(shù)字監(jiān)測輸入可用于連接諸如手動復(fù)位、電源和關(guān)斷等數(shù)字信號。

                圖3：萊迪思半導(dǎo)體的Power Manager II系列器件架構(gòu)。

　　Power1014A有4個定時器，每個的編程范圍都是從32μs到2s，其間有122個步進。這些定時器可用于控制排序延時、復(fù)位脈沖展延以及看門狗定時器。12路漏極開路輸出可由片上的24宏單元CPLD驅(qū)動來使能DC-DC轉(zhuǎn)換器以實現(xiàn)排序、為CPU生成復(fù)位信號及驅(qū)動用于實現(xiàn)熱插拔功能的P溝道MOSFET。Power1014A還有兩個高壓(到12V)MOSFET驅(qū)動器通過N溝道使能電源、或?qū)崿F(xiàn)軟啟動功能以及在負(fù)電壓電源上實現(xiàn)熱插拔功能。任何微處理器，借助片上的10位A/D轉(zhuǎn)換器、通過I2C總線可測量任一組電源電壓。該I2C總線還可用于監(jiān)測電源比較器、輸入和輸出狀態(tài)。

　　可編程能力使電源管理標(biāo)準(zhǔn)化

　　通過簡單地再配置可編程器件，設(shè)計師可借助一個可編程電源管理器件實現(xiàn)全部特定PCB電源管理功能。相同的可編程器件可被用于多個PCB而不是采用多個單功能IC。因此，設(shè)計師可在整個設(shè)計內(nèi)對單一可編程電源管理器件實施標(biāo)準(zhǔn)化。將電源管理功能整合進單一可編程電源管理器件并在多個PCB上利用同一器件，具有如下好處：

　　1. 縮小PCB體積、增加可靠性

　　將多個單功能IC集成進一個器件的主要好處是減小了PCB面積。減少的器件數(shù)及相應(yīng)的互連走線縮小了PCB面積并降低了成本。從統(tǒng)計學(xué)角度看，減少了的器件數(shù)還增加了PCB的可靠性。

　　2. 滿足復(fù)雜電源管理需求的能力

　　當(dāng)今PCB上所用的電源數(shù)在增加。另外，監(jiān)測和控制功能的復(fù)雜性也在增加。因可編程電源管理器件整合了更多的電源監(jiān)測輸入(與單功能IC比)以及可編程數(shù)字邏輯部分，所以這些器件更適合實現(xiàn)復(fù)雜的電源管理功能。另外，可編程性提供能快速調(diào)適以滿足改變的規(guī)范要求的靈活性。

　　3. 無需第二個供貨渠道

　　一般來說，第二渠道是為了規(guī)避因無法獲得器件造成生產(chǎn)延誤而采取的防范措施。一個典型系統(tǒng)實際上需來自不同供應(yīng)商的多個小規(guī)模單功能器件的現(xiàn)實加劇了該需求。借助在所有PCB和項目中對單一可編程電源管理器件實施標(biāo)準(zhǔn)化，對既費時又浪費資源的第二渠道的需求可被顯著降低甚至徹底不再需要。

　　4. 降低總體系統(tǒng)成本

　　可編程電源管理器件一般來說比單獨的各單功能IC的總和價要便宜。另外，對系統(tǒng)內(nèi)的多個PCB實施標(biāo)準(zhǔn)化電源管理，因批量加大折扣更高，又進一步降低了成本。

　　5. 可用軟件實現(xiàn)電源管理功能

　　在利用由軟件實現(xiàn)的可編程電源管理器件進行設(shè)計。典型情況，利用板上模擬器，軟件設(shè)計工具還支持對電源管理算法的驗證。因電源管理設(shè)計在投板前進行了完全驗證，所以一次性通過的機會很高，從而進一步加快了產(chǎn)品上市步伐。

　　本文小結(jié)

　　當(dāng)今PCB上使用的電源數(shù)在持續(xù)增加，電源管理算法甚至也變得更加復(fù)雜。然而傳統(tǒng)過時的電源管理方案仍常常被用于這些對電源管理要求益發(fā)苛刻的應(yīng)用，從而使PCB設(shè)計變得低效且昂貴、還常常因不得已的取舍而使結(jié)果留有缺憾。

　　本文針對這一復(fù)雜的電源管理問題提出了一種設(shè)計方案：采用可編程、混合信號電源管理器件。設(shè)計師可對“電源管理PLD”實施標(biāo)準(zhǔn)化并在整個系統(tǒng)PCB上都采用該器件，從而降低了成本、增加了可靠性并加快了產(chǎn)品上市速度。