輻射加固電源排序器TPS7H3014-SP/SEP：特性、應(yīng)用與設(shè)計要點

在電子設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及空間應(yīng)用時，對電源管理和排序的要求極為嚴苛。德州儀器（TI）推出的TPS7H3014-SP和TPS7H3014-SEP輻射加固型電源排序器，為解決復(fù)雜的電源管理問題提供了強大的解決方案。本文將深入探討這兩款器件的特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計要點。

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一、器件概述

TPS7H3014是一款集成的、3V至14V、四通道輻射加固電源排序器，適用于空間應(yīng)用。它可以通過菊花鏈配置連接多個器件，以擴展通道數(shù)量。該器件為具有高電平有效（“開啟”）輸入的集成電路（IC）提供上下電控制信號，并提供SEQ_DONE和PWRGD標志，用于監(jiān)控受監(jiān)控電源樹的排序和電源狀態(tài)。

二、關(guān)鍵特性

（一）輻射性能

• 總電離劑量（TID）：QML版本的輻射硬度保證（RHA）高達100 krad(Si)，SEP版本為50 krad(Si)。
• 單粒子效應(yīng)免疫：對于QML版本，單粒子閂鎖（SEL）、單粒子燒毀（SEB）和單粒子?xùn)艠O破裂（SEGR）免疫能力可達線性能量轉(zhuǎn)移（LET） = 75 MeV - cm2 / mg；SEP版本為43 MeV - cm2 / mg。
• 單粒子功能中斷（SEFI）和單粒子瞬態(tài)（SET）特性：QML版本在LET = 75 MeV - cm2 / mg時進行了特性表征，SEP版本為43 MeV - cm2 / mg。

（二）電源特性

• 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為3V至14V，可適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 多通道排序和監(jiān)控：單個器件可對多達4個電壓軌進行排序和監(jiān)控，并支持菊花鏈功能以擴展通道數(shù)。
• 精確的閾值電壓和滯回電流：TH_SENSEX為599mV ±1%，IHYS_SENSEx為24μA ±3%，在電壓、溫度和輻射（TID）條件下保持穩(wěn)定。

（三）輸出特性

• 推挽輸出：推挽輸出的上拉電壓可在1.6V至7V之間編程，提供靈活的輸出配置。
• 故障監(jiān)測：FAULT開漏輸出用于監(jiān)測狀態(tài)機引起的故障，增強系統(tǒng)可靠性。

三、應(yīng)用場景

（一）衛(wèi)星電力系統(tǒng)（EPS）

在衛(wèi)星電力系統(tǒng)中，需要對多個電壓軌進行精確的排序和監(jiān)控，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。TPS7H3014的輻射加固特性和多通道排序功能使其成為衛(wèi)星EPS的理想選擇。

（二）復(fù)雜數(shù)字處理器控制

對于如FPGA、SoC、AFE等復(fù)雜數(shù)字處理器以及空間應(yīng)用的電源系統(tǒng)，TPS7H3014可以提供可靠的電源排序和監(jiān)控，確保處理器的正常工作。

四、設(shè)計要點

（一）輸入電源和去耦電容

• IN引腳：輸入電源應(yīng)在3V至14V之間，并使用至少0.1μF的旁路電容，且應(yīng)盡可能靠近引腳放置。
• PULL_UP1和PULL_UP2引腳：這兩個引腳為推挽輸出提供上拉電壓，電壓范圍為1.6V至7V，建議使用至少1μF的陶瓷電容進行去耦。
• REFCAP引腳：該引腳提供1.2V內(nèi)部參考電壓，需要連接一個470nF的外部電容到地，且不要對該引腳進行外部負載。
• VLDO引腳：內(nèi)部穩(wěn)壓器的輸出，需要至少1μF的外部電容到地，可用于關(guān)閉未使用的通道或上拉FAULT引腳。

（二）SENSEx輸入

• 閾值電壓：SENSEx輸入連接到比較器的同相輸入端，用于監(jiān)測電壓軌的通斷狀態(tài)。閾值電壓VTH_SENSEX為599mV（典型值），精度為±1%。
• 滯回電流：內(nèi)置滯回電流IHYS_SENSEx為24μA（典型值），精度為±3%，可通過外部電阻R_TOPx和R_BOTTOMx調(diào)整“開”和“關(guān)”電壓。

（三）用戶可編程定時器

• DLY_TMR：用于設(shè)置上升和下降ENx延遲，可通過連接一個10.5kΩ至1.18MΩ的電阻到地來編程，延遲范圍為250μs至25ms。
• REG_TMR：用于監(jiān)測電壓軌達到“開”閾值的時間，同樣通過連接一個10.5kΩ至1.18MΩ的電阻到地來編程，僅在序列上升期間有效。

（四）UP和DOWN引腳

• 閾值電壓：UP引腳的閾值電壓VTH_UP為599mV（典型值），DOWN引腳的閾值電壓VTH_DOWN為498mV（典型值），精度均為±3%。
• 邊緣觸發(fā)：上升沿觸發(fā)序列上升，下降沿觸發(fā)序列下降，可通過外部控制器或電阻分壓器驅(qū)動。

（五）FAULT引腳

FAULT引腳是一個開漏輸出，用于監(jiān)測內(nèi)部故障。建議通過一個10kΩ的電阻將該引腳拉到VLDO輸出，以確保穩(wěn)定的監(jiān)測信號。

五、典型應(yīng)用案例

（一）自包含序列上下電設(shè)計

在一個需要對四個電壓軌進行排序和監(jiān)控的系統(tǒng)中，TPS7H3014可以實現(xiàn)自動的序列上下電。通過合理選擇電阻和電容，可確保系統(tǒng)在輸入電壓達到目標水平時自動啟動序列上下電，并通過PWRGD和SEQ_DONE標志監(jiān)測電源樹的狀態(tài)。

（二）負電壓軌排序

對于負電壓軌的排序，可以使用外部電路（如穩(wěn)定的正電壓參考和帶滯回的比較器）配合TPS7H3014實現(xiàn)。通過合理設(shè)計電阻分壓器和比較器電路，可以準確監(jiān)測負電壓軌的通斷狀態(tài)。

六、總結(jié)

TPS7H3014-SP和TPS7H3014-SEP輻射加固型電源排序器憑借其出色的輻射性能、多通道排序功能和精確的閾值控制，為空間應(yīng)用和復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)提供了可靠的電源管理解決方案。在設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇輸入電源、去耦電容、電阻和定時器等參數(shù)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時，注意布局和布線，減少干擾和噪聲，提高系統(tǒng)的可靠性。你在使用TPS7H3014時遇到過哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。