| ---大多數(shù)用于當(dāng)前通信和數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的卡需要不同的 IC 供應(yīng)電壓。在開關(guān)電源時(shí)正確排序這些供應(yīng)電壓已經(jīng)成了一個(gè)設(shè)計(jì)問題,且當(dāng)前已經(jīng)混合了最新硅設(shè)備的各項(xiàng)迫切要求。本文主要關(guān)注了各種不同的電源供應(yīng)排序模型的優(yōu)缺點(diǎn),特別說明了帶有內(nèi)置排序功能的新一代模塊化POL轉(zhuǎn)換器如何提供明顯的成本節(jié)約方案。
---利用微米以下級(jí)制造技術(shù),硅產(chǎn)品制造商穩(wěn)定地提高了高端集成處理器的性能和功能性。伴隨這種制造技術(shù)所產(chǎn)生的趨勢(shì)是需要越來越低的操作電壓,由最大限度地轉(zhuǎn)換速度所驅(qū)動(dòng),并能防止更小的幾何級(jí)晶體管的次要故障發(fā)生。很顯然,這一趨勢(shì)也適用于所有的帶有高速處理器核心的高性能集成電路--包括DSP、ASIC、FPGA和CPLD。這些復(fù)雜的集成電路通常需要好幾個(gè)電源線路,一個(gè)用于處理核心,另一個(gè)用于一個(gè)或更多的I/O 功能。通常核心電壓值為1.2V、1.5V或1.8V,而I/O功能通常更高一些,如2.5V、3.3V或5V。 電源排序過程是基礎(chǔ)
---為了避免電壓對(duì)處理核心造成損害和內(nèi)部鎖死,硅芯片生廠商嚴(yán)格定義了 I/O 和核心電壓之間的開啟和關(guān)閉次序。然而,為了滿足卡上的所有設(shè)備的各種不同的排序需求,必然引起相當(dāng)大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),因?yàn)椴煌募呻娐飞a(chǎn)商都會(huì)推薦不同的排序方法。這樣就會(huì)搞得很復(fù)雜,在終端應(yīng)用程序中甚至可能與核心和 I/O 之間的斜線上升電壓產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。此外,需要推薦的排序電路增加了一些不必要的復(fù)雜性和費(fèi)用,且會(huì)占據(jù)有用的主板空間。
---三種電源供應(yīng)排序方法
---大部分情況下,設(shè)計(jì)者要選擇3種不同的電源供應(yīng)排序方法,如我們所知的“連續(xù)”、“比例”和“同步”。使用連續(xù)排序方法,一旦過去了合適的延遲周期后,主電源的升高可用來控制第二個(gè)電源的升高。比例排序是另一種不同的方法,它從輔電源上的一個(gè)電阻器分配鏈中衍生出第二個(gè)電源控制信號(hào)。
---而同步排序卻允許所有的電源按同一個(gè)速度上升到一起,直到每一個(gè)電源都達(dá)到它們的設(shè)置點(diǎn)為止。這一方法可提供最大的機(jī)會(huì)以滿足不同的集成電路 (IC) 生產(chǎn)商所規(guī)定的不同的排序需求。
---POLA 聯(lián)盟成員所引入的新一代 POL 轉(zhuǎn)換器,可完全支持同步排序,這意味著大多數(shù)應(yīng)用都可使用這一技術(shù),如本文所詳述的那樣。 連續(xù)排序 - 不同的方法
---提供電源排序的最簡(jiǎn)單方法是將 RC 網(wǎng)絡(luò)置于主電源和輔電源的遠(yuǎn)程開關(guān)控制輸入之間。后者通�？梢允且粋�(gè)隔離或非隔離 DC/DC 轉(zhuǎn)換器或電源調(diào)整器模塊。這種方法有一些主要的缺點(diǎn),比如沒有什么方法可保證在較早的電壓沒有出現(xiàn)的情況下后面的電壓就不會(huì)出現(xiàn)。
 ---要克服這些缺點(diǎn),可添加一個(gè)電壓比較器和一個(gè)參考電壓到 RC 網(wǎng)絡(luò)中,以確保第一個(gè)電源處于合適的電壓范圍之內(nèi),然后再打開第二個(gè)電源的開關(guān)。如圖 1 所示。這樣操作可在后續(xù)的電源中重復(fù)使用。如果某個(gè)前面的電源失敗并關(guān)閉,則這些電路也可自動(dòng)關(guān)閉。
 ---然而,這一方法的缺點(diǎn)是需要更多電路所帶來的復(fù)雜性。此外,如果電路需要以開啟的相反順序依次關(guān)閉,則需要更多電路,如圖 2 所示。
---即使主板設(shè)計(jì)師可以相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)此種類型的排序--大量專門的集成電路 (IC) 生產(chǎn)商生產(chǎn)出管理 IC 以合并這些電路--它依然會(huì)占掉大量寶貴的主板空間。帶來過高的額外費(fèi)用,并且隨著大量電壓電源的升高,會(huì)變得越來越難以處理。圖 3 顯示了一個(gè)典型的電源排序電路,它基于離散組件,使用一個(gè)管理 IC 來監(jiān)視三個(gè) DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊的輸出。
---在電源上升過程中,一旦管理 IC 檢測(cè)到這三個(gè)轉(zhuǎn)換器已經(jīng)達(dá)到了它們的銘牌規(guī)定的電壓,則電壓線路將同步應(yīng)用到負(fù)載上。這種方法將遭受一個(gè)高分量計(jì)算,設(shè)計(jì)師不得不在每一個(gè)電源通道中添加 MOSFET 電源開關(guān)。這樣將在它們的自身權(quán)利中帶來某些損失,并且只可以處理相對(duì)低的負(fù)載電流。
  ---一些半導(dǎo)體生產(chǎn)商還生產(chǎn)完全集成的排序器,這些本質(zhì)上是微型處理器,可控制主板上不同電源的排序,同時(shí)可提供其他電源管理功能,比如監(jiān)視功能。圖 4 顯示的是一個(gè)典型的裝置,這里排序器控制著 4 個(gè)非隔離的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。
---完整集成的電源排序器的確具有在需要多個(gè)電源電壓的主板上運(yùn)行的職能。它們與基于 RC 網(wǎng)絡(luò)的離散執(zhí)行相比,具有更少的麻煩,卻可提供更精確定義的排序方法,并且可提供相當(dāng)靈便的配置功能。然而,它們總是復(fù)雜的設(shè)備,需要在自我權(quán)利方面可編程,并且對(duì)于許多主板設(shè)計(jì),表現(xiàn)為一個(gè)過度復(fù)雜的解決方案。此外,設(shè)計(jì)師經(jīng)常需要合并 MOSFET 電源開關(guān)到每一個(gè)電源通路中。主板布局在那樣的幾個(gè)信號(hào)線路中很復(fù)雜,必須在排序器和每一個(gè)被控制的轉(zhuǎn)換器之間形成傳送通路,專用信號(hào)線路趨向于限制功能,且排序器可能比它們所控制的 POL 轉(zhuǎn)換器更昂貴。
---需要這樣的排序器 IC 的一個(gè)主要原因是因?yàn)槭袌?chǎng)上的少數(shù)電源模塊只提供除對(duì)排序的基本支持外的東西,比如遠(yuǎn)程開/關(guān)。采用這種方法可能會(huì)帶來一些自身的問題,因?yàn)榇蠖鄶?shù)排序電路基于離散的組件,它們只具有按小電流強(qiáng)度的順序處理負(fù)載電流的能力,這種情況現(xiàn)在被設(shè)置成十分顯著的變化,遵循新一代 POL 轉(zhuǎn)換器的指南,可提供內(nèi)置電源排序功能并提供從 6 到 30 A 的電流輸出。 Auto-Track（自動(dòng)跟蹤）排序
 ---這一新的電源排序形式,唯一適用于 PTH 系列 POL 轉(zhuǎn)換器,它是由 Artesyn Technologies、德州儀器和 Astec Power 等幾家公司根據(jù)負(fù)載點(diǎn)聯(lián)盟 (POLA) 所發(fā)起的條款而開發(fā)出來的。Auto-Track （自動(dòng)跟蹤）專門用來簡(jiǎn)化處于序列中的每一個(gè)上升或下降的模塊電源所需的電路總數(shù)。自動(dòng)跟蹤的基本實(shí)現(xiàn)可以很便利地實(shí)現(xiàn)同步電壓排序;不用持續(xù)地延遲電源電壓,它們可被允許以相同頻率統(tǒng)一上升。以用于核心和 I/O 功能的兩種電壓為例,它們將持續(xù)上升,直到核心電源達(dá)到其正常額定值（設(shè)置點(diǎn)）,更高的 I/O 電源則可以持續(xù)上升,直到其達(dá)到它的設(shè)置點(diǎn)值。在關(guān)閉過程中,則和上面的剛好相反。
---許多主板設(shè)計(jì)師已經(jīng)在使用同步電壓排序,并且這已經(jīng)成為雙電源應(yīng)用中的最流行的技術(shù)。然而,盡管已經(jīng)大范圍接受了這項(xiàng)技術(shù),但直到現(xiàn)在,這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)起來仍然很困難,因?yàn)樗枰粋�(gè)或多個(gè)主板上的電源模塊正好在電源上升和電源下降轉(zhuǎn)換的同時(shí)被控制。要使用標(biāo)準(zhǔn)的商用電源模塊獲得這樣一種控制精確度,主板設(shè)計(jì)師需要合并更多組件,并且需要有關(guān)模塊輸出額定電流的詳細(xì)信息,而生產(chǎn)商通常不會(huì)提供這樣的信息。
---所有 PHT 系列 POLA 兼容的電源模塊所內(nèi)置的自動(dòng)跟蹤排序功能都可克服這些問題,具體方法是在電源上升和電源下降轉(zhuǎn)換過程中,通過允許輸出電壓得到精確控制來實(shí)現(xiàn),這需要使用少數(shù)幾個(gè)（如果需要的話）額外的組件�？刂菩盘�(hào)可以來源于一個(gè)主斜坡信號(hào)生成器、其他電源模塊的輸出電壓或模塊本身內(nèi)部的斜坡上升電壓（通過一個(gè)內(nèi)置的 RC 充電電路來產(chǎn)生）。圖 5 顯示了一個(gè)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤排序的典型的電路,它正在使用模塊內(nèi)部的斜坡上升電壓工具。
---自動(dòng)跟蹤排序操作非常簡(jiǎn)單。每一個(gè) PHT 系列電源模塊都有一個(gè)額外的控制針,我們稱之為“跟蹤針”。每一個(gè)模塊的輸出電壓都將精確地符合應(yīng)用在跟蹤針上的電壓,從 0 V 到模塊的設(shè)置點(diǎn)。一旦跟蹤針上的電壓升高并超出模塊的設(shè)置點(diǎn),則輸出電壓將保留在這一設(shè)置點(diǎn)上。如果不需要自動(dòng)跟蹤功能,則可以通過將跟蹤針連接到輸出電壓上來禁止這一功能。
---電源上升順序首先通過將一個(gè)邏輯高信號(hào)應(yīng)用到圖 5 中顯示的晶體管來啟動(dòng),將所有的跟蹤控制針拉到地面上保持 10ms,以便讓電源模塊完成其內(nèi)部軟啟動(dòng)初始化過程。在這一過程中,所有相關(guān)電源模塊的輸出都將為 0 V。過完這一段時(shí)間后,晶體管將被關(guān)閉,允許跟蹤控制電壓自動(dòng)上升到模塊的輸入電壓。每一個(gè)模塊的輸出電壓都將同步上升。直到分別達(dá)到各自對(duì)應(yīng)的設(shè)置點(diǎn)為止,如圖 6 所示。
 ---電源下降是通過將跟蹤控制電壓降低到0V的方式來實(shí)現(xiàn)的。唯一的限制條件是電源模塊必須具有一個(gè)有效輸入電壓,直到電源下降順序完成,并且跟蹤控制電壓下降速度不能超過1V/ms,這是 PHT 系列電源模塊的回轉(zhuǎn)速度性能。圖 6 所示的電阻器和電容器的值被選作限制速度,這樣晶體管就可降低跟蹤電壓。在跟蹤電壓持續(xù)降低到每個(gè)模塊的設(shè)置點(diǎn)以下后,該模塊的輸出電壓將開始下降,換句話說,電源下降恰好和電源上升相反。
---Artesyn 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)布了 15 個(gè) PTH 系列的非隔離負(fù)載點(diǎn) DC/DC 轉(zhuǎn)換器模塊。所有這些功能自動(dòng)跟蹤電源排序并完全兼容聯(lián)盟其他成員的 POLA 產(chǎn)品。模塊包括非常廣泛的輸入和輸出電壓,并且提供了 9 個(gè)不同的電流輸出供選擇,從 6～30 A。電子設(shè)計(jì)師現(xiàn)在可以從大量生產(chǎn)商那里獲得這些靈活的低電壓電源模塊,以保證能為多線路主板輕松而低成本地實(shí)現(xiàn)高級(jí)的電源排序計(jì)劃。圖 5 中顯示的自動(dòng)跟蹤配置與圖 3 中所示的離散電路的組件數(shù)比較,就可發(fā)現(xiàn)通過電源排序新方法所導(dǎo)致的電壓節(jié)約。
<!-- （Artesyn公司供稿） --> |
