電源排序是數(shù)字電源架構(gòu)的關(guān)鍵組件。在這篇文章中，我們將介紹幾種構(gòu)建排序的方法及其后果。特別是，我們將看到設(shè)計(jì)選擇如何影響設(shè)計(jì)過(guò)程后期的靈活性。

電源轉(zhuǎn)換的構(gòu)建模塊

讓我們來(lái)看看我們的電源構(gòu)建塊和工具，看看我們可以為自己制造什么樣的麻煩。為了簡(jiǎn)單起見，讓我們假設(shè)我們有一個(gè)通用電源模塊（UPB），以及所有常見的罪魁禍?zhǔn)祝?a target="_blank">FPGA和微控制器以及邏輯。我們的UPB有一個(gè)簡(jiǎn)單的界面：

圖1.電源塊

我們簡(jiǎn)單的電源轉(zhuǎn)換器具有單V在/V外、一個(gè) PMBus 接口、一個(gè)輸入信號(hào)：控制，以及兩個(gè)輸出信號(hào)：電源良好和故障/。

控制

控制信號(hào)打開和關(guān)閉輸出。它是高電平有效，具有內(nèi)部上拉。

電源良好

當(dāng)輸出通電時(shí)，電源良好信號(hào)為高電平，并且在有效范圍內(nèi)。

故障/

FAULT/信號(hào)為低電平有效，漏極開路，并在電源模塊發(fā)生故障時(shí)置位。如果存在故障，則斷言 ALERT/，并且可以通過(guò) PMBus 讀取故障。并非所有電源轉(zhuǎn)換器都會(huì)同時(shí)具有電源良好和故障/，我們不需要兩者。在幾乎所有情況下，F(xiàn)AULT/都可以成為POWER GOOD的特技替身。

設(shè)計(jì)一

現(xiàn)在讓我們構(gòu)建一些東西，這樣我們就可以拆除它并構(gòu)建另一個(gè)，每次都變得更好。

假設(shè)我們有一個(gè)帶有中間總線控制器 （IBC） 和以下導(dǎo)軌的系統(tǒng)：

785

295

5.0V

3.3V

1.2V

0.8V

我們決定將軌道構(gòu)建為層次結(jié)構(gòu)。但是，我們需要不同的上電控制結(jié)構(gòu)。

圖2.簡(jiǎn)單的電源結(jié)構(gòu)

不要擔(dān)心權(quán)力層次結(jié)構(gòu)是否正確，或者邏輯對(duì)于任何實(shí)際設(shè)計(jì)是否正確。重要的是這種“類型”結(jié)構(gòu)的影響。讓我們考慮一下這樣做的利弊。

在專業(yè)方面，這很簡(jiǎn)單，無(wú)論是在概念上還是在實(shí)現(xiàn)上。使用 FPGA 或 uP 的 GPIO 添加 LED 指示燈或讀取電源良好非常容易。如果出現(xiàn)問(wèn)題，電源良好會(huì)讓系統(tǒng)知道軌道出現(xiàn)故障。

在缺點(diǎn)方面，如果發(fā)生故障，并且系統(tǒng)必須關(guān)閉所有電源，則別無(wú)選擇，只能按照上電的順序關(guān)閉它們。這意味著大多數(shù)下游電源軌將因斷電而不是控制引腳而斷電。

沒(méi)有時(shí)序控制，因此必須添加額外的電路以在電源軌之間產(chǎn)生延遲。如果在電源軌之間添加了延遲，則該延遲僅適用于通電，因?yàn)樵跀嚯姇r(shí)，饋線導(dǎo)軌上的斷電將在 POWER GOOD 將其斷開之前將其從屬電源軌斷開。

如果你對(duì)這種“類型”的結(jié)構(gòu)犯了任何錯(cuò)誤， PCB將需要重新布局， 當(dāng)你在等待的時(shí)候， 你別無(wú)選擇，只能在你的設(shè)計(jì)上破解電線， 或者去喝一個(gè)很長(zhǎng)的咖啡休息時(shí)間.

設(shè)計(jì)二

如果我們集中邏輯，我們可以做得更好。可編程器件（如FPGA或uP）可以管理所有邏輯。

帶控制器的電源結(jié)構(gòu)

由于所有邏輯線都路由到 GPIO，控制器可以完全控制排序順序（打開和關(guān)閉），并完全控制時(shí)序。只要愿意更改Verilog或C代碼，就可以更改它。我已經(jīng)在控制器上指示了 PMBus，但沒(méi)有繪制所有連接，但使用 PMBus，控制器現(xiàn)在還可以控制電平和故障行為。

在專業(yè)方面，這種設(shè)計(jì)很靈活，你不會(huì)被困住。如果在控制結(jié)構(gòu)中出錯(cuò)，可以在不重新布局的情況下修復(fù)它。

在缺點(diǎn)方面，您必須更改Verilog或C，并可能重新測(cè)試和重新鑒定固件。這種設(shè)計(jì)還需要大量的路由。每個(gè) POL 需要 5 條控制線，它們分別路由到控制器。假設(shè)我們有一個(gè) 20 個(gè)軌道系統(tǒng)，考慮到 PMBus，它需要 42 個(gè) GPIO 引腳。

所以這種設(shè)計(jì)是靈活的，但需要大量的GPIO和大量的PCB空間。

設(shè)計(jì)三

當(dāng)與 PMBus 和智能數(shù)字電源 POL 結(jié)合使用時(shí)，我們可以通過(guò)使用開漏控制的特性來(lái)簡(jiǎn)化控制器。

簡(jiǎn)化的控制器

所有控制引腳都連接在一起，所有故障/引腳連接在一起。這意味著一個(gè) 20 個(gè)軌道系統(tǒng)只需要 5 個(gè)連接。IO 引腳數(shù)量減少了 8 倍。

讓我們看看這是如何工作的。控制引腳為高電平有效。它由 GPIO0 控制，GPIO0 設(shè)置為“漏極開路”。由于控制引腳為漏極開路，這意味著POL也可以將其拉低。

當(dāng)POL復(fù)位時(shí)，它將控制引腳拉低，直到它準(zhǔn)備好響應(yīng)外部信號(hào)。這意味著，如果控制器速度太快，則在全部正確復(fù)位之前，所有 POL 都不會(huì)打開，最慢的 POL 復(fù)位確定系統(tǒng)何時(shí)通電。如果控制器速度較慢，則在釋放控制線時(shí)控制電源啟動(dòng)。

您可能想知道排序。我們是否失去了對(duì)它的控制？否，因?yàn)?PMBus 具有TON_DELAY命令，其值通常存儲(chǔ)在 POL 的 NVM 中。它可以由控制器設(shè)置，也可以使用外部工具存儲(chǔ)在 NVM 中。

故障/引腳也是漏極開路，由GPIO1控制，它們既是輸入又是輸出。這意味著當(dāng)任何電源軌發(fā)生故障時(shí)，當(dāng)FAULT引腳被拉低時(shí)，所有電源軌都會(huì)得到通知。此外，當(dāng)故障/被拉低時(shí)，警報(bào)/斷言。因此，控制器知道存在故障。每個(gè)人都知道，這是這個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

現(xiàn)在，您可以選擇幾個(gè)有關(guān)故障處理的選項(xiàng)。PMBus 可以使用警報(bào)響應(yīng)地址 （ARA） 響應(yīng) ALERT/，該地址獲取具有故障的所有 POL 的地址，然后查詢每個(gè) POL 以獲取故障信息。然后，它可以使用決策樹，并根據(jù)需要以任何順序關(guān)閉軌道。或者它可以一次關(guān)閉所有電源軌，讓PMBus TOFF_DELAY管理時(shí)序。

許多POL具有增強(qiáng)的故障管理功能，可以直接響應(yīng)故障（請(qǐng)記住，F(xiàn)AULT/也是一個(gè)輸入）。典型的響應(yīng)是：

重試

立即關(guān)閉

斜坡關(guān)閉

當(dāng)POL具有這些高級(jí)功能時(shí)，它減輕了Verilog或C代碼的負(fù)擔(dān)，因?yàn)镻OL可以使用外部工具（通過(guò)PMBus和外部接口和軟件）進(jìn)行編程。此外，當(dāng)使用FAULT/引腳時(shí)，對(duì)故障的響應(yīng)比處理ALERT/的響應(yīng)要快得多。

設(shè)計(jì)三的權(quán)衡

如果您有增強(qiáng)的 POL，則可以進(jìn)行權(quán)衡。如果故障邏輯對(duì)于共享故障/線路來(lái)說(shuō)太復(fù)雜，只需添加一個(gè)控制器。如果故障邏輯很簡(jiǎn)單，則可以使用工具配置故障行為，而無(wú)需控制器。或者，您可以使用控制器進(jìn)行遙測(cè)和其他功能，但使用 FAULT/ 引腳進(jìn)行故障處理，如果您發(fā)現(xiàn)它無(wú)法處理所有情況，您可以隨時(shí)添加用于故障處理的代碼并進(jìn)行更改。

控制引腳也有類似的權(quán)衡。您也可以使用 PMBus 來(lái)代替它。在這種情況下，CONTROL引腳仍會(huì)保持導(dǎo)通狀態(tài)，直到所有POL完成復(fù)位。

當(dāng)控制引腳和故障引腳共享時(shí)，最大的靈活性，并且PMBus有一個(gè)控制器。通過(guò)這種設(shè)計(jì)， PCB制造后具有完全的靈活性.

電源良好

如果你沒(méi)有注意到，我沒(méi)有使用電源好。在打開另一個(gè)軌道之前，您不需要知道一條軌道何時(shí)良好。如果一個(gè)軌道都由TON_DELAY控制，而a沒(méi)有及時(shí)準(zhǔn)備好，就會(huì)出現(xiàn)故障。PMBus 定義了TON_MAX_FAULT_LIMIT，它定義了鋼軌必須爬坡并在公差范圍內(nèi)的時(shí)間。如果此時(shí)某個(gè)導(dǎo)軌不在規(guī)格范圍內(nèi)，則會(huì)發(fā)生故障，這將阻止其他導(dǎo)軌打開。

設(shè)計(jì)原則是：沒(méi)有消息就是好消息。如果系統(tǒng)需要知道所有電源軌何時(shí)啟動(dòng)，您只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)時(shí)器，設(shè)置為所有TON_DELAYs定義的最長(zhǎng)時(shí)間。或者，控制器可以對(duì)最后一個(gè) POL 的狀態(tài)等進(jìn)行 PMBus 查詢。

在某些器件中，故障/引腳可以重新配置為電源良好引腳。這允許您在確實(shí)需要時(shí)擁有電源良好，但故障共享引腳丟失。因此，您可能需要控制器來(lái)響應(yīng)警報(bào)/。或者在更簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中，ALERT/可以抓住控制引腳并在出現(xiàn)故障時(shí)關(guān)閉所有電源軌。

在實(shí)踐中，電源良好通常不是必需的。但是，如果您真的想要一個(gè)，您通常可以重新配置 FAULT/。畢竟，總有特殊情況。也許總有空間容納“通用適配器套件”。

審核編輯：郭婷