TPS1689x：9V至80V集成熱插拔eFuse的全面解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源管理和電路保護(hù)一直是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天，我們將深入探討德州儀器（TI）推出的TPS1689x系列，這是一款專(zhuān)為高電流應(yīng)用設(shè)計(jì)的集成熱插拔eFuse，具備強(qiáng)大的功能和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、產(chǎn)品概述

TPS1689x是一款集成式高電流電路保護(hù)和電源管理解決方案，采用小尺寸封裝。它能在9V至80V的寬輸入電壓范圍內(nèi)工作，絕對(duì)最大額定值可達(dá)92V，并且能夠承受輸出端高達(dá) -5V的負(fù)瞬態(tài)電壓。其集成的低導(dǎo)通電阻FET（典型值(R_{ON}=3.5mΩ)），結(jié)合PMBus數(shù)字遙測(cè)接口，為系統(tǒng)提供了高效、可靠的電源管理和保護(hù)功能。

1.1 關(guān)鍵特性

• 寬輸入電壓范圍：支持9V至80V的輸入電壓，滿足多種應(yīng)用需求。
• 低導(dǎo)通電阻：集成的FET具有低導(dǎo)通電阻，可降低功耗，提高效率。
• PMBus接口：提供遙測(cè)、控制、配置和調(diào)試功能，方便系統(tǒng)集成和管理。
• 多種保護(hù)功能：包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
• 高精度電流監(jiān)測(cè)：提供精確的模擬負(fù)載電流監(jiān)測(cè)，誤差小于1%（在50%至100%的最大電流范圍內(nèi)，(T_{A}=25^{circ}C)）。
• 小尺寸封裝：采用QFN 6mm × 5mm封裝，節(jié)省電路板空間。

二、應(yīng)用場(chǎng)景

TPS1689x適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，特別是對(duì)電源管理和電路保護(hù)要求較高的場(chǎng)合，如：

• 服務(wù)器和高性能計(jì)算：為服務(wù)器主板、存儲(chǔ)設(shè)備等提供可靠的電源保護(hù)。
• 網(wǎng)絡(luò)接口卡：保障網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，防止過(guò)流、過(guò)壓等故障。
• 圖形和硬件加速卡：滿足高功率顯卡和加速卡的電源需求，提高系統(tǒng)性能。
• 數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和路由器：為數(shù)據(jù)中心的核心設(shè)備提供高效的電源管理和保護(hù)。

三、詳細(xì)特性分析

3.1 保護(hù)功能

3.1.1 欠壓保護(hù)

TPS1689x在VDD和VIN上實(shí)現(xiàn)了欠壓鎖定功能，防止因電壓過(guò)低導(dǎo)致系統(tǒng)或設(shè)備無(wú)法正常工作。VDD上有默認(rèn)的內(nèi)部閾值（(V{UVP})），VIN上有可編程閾值（(V{UVLOIN})），還可以通過(guò)EN/UVLO引腳外部調(diào)整欠壓保護(hù)閾值。

3.1.2 插入延遲

在啟動(dòng)時(shí)，TPS1689x會(huì)實(shí)現(xiàn)插入延遲，確保電源穩(wěn)定后再開(kāi)啟負(fù)載電源。這在熱插拔應(yīng)用中非常有用，可避免因接觸不良或電源波動(dòng)導(dǎo)致的意外行為。

3.1.3 過(guò)壓保護(hù)

當(dāng)輸入電壓超過(guò)OVP上升閾值時(shí)，電源FET會(huì)在(t_{OVP})內(nèi)關(guān)閉，保護(hù)負(fù)載免受輸入過(guò)壓的影響。OVP比較器具有內(nèi)置的遲滯功能，提高了抗噪能力。

3.1.4 浪涌電流、過(guò)流和短路保護(hù)

TPS1689x采用了四級(jí)保護(hù)機(jī)制，包括可調(diào)的壓擺率（dVdt）控制浪涌電流、可調(diào)閾值的有源電流限制、帶空白定時(shí)器的斷路器保護(hù)和快速跳閘響應(yīng)，確保在各種過(guò)流情況下都能快速保護(hù)系統(tǒng)。

3.2 監(jiān)測(cè)功能

3.2.1 模擬負(fù)載電流監(jiān)測(cè)（IMON）

TPS1689x通過(guò)IMON引腳提供與FET電流成正比的模擬電流，可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)輸出負(fù)載電流。該信號(hào)可用于高級(jí)動(dòng)態(tài)平臺(tái)電源管理技術(shù)，如Intel PSYS或PROCHOT，以最大化系統(tǒng)功率使用和平臺(tái)吞吐量。

3.2.2 模擬結(jié)溫監(jiān)測(cè)（TEMP）

通過(guò)TEMP引腳提供與芯片結(jié)溫成正比的模擬電壓，可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)結(jié)溫。在多設(shè)備并行配置中，多個(gè)設(shè)備的TEMP輸出可以連接在一起，報(bào)告鏈中最熱設(shè)備的溫度。

3.3 并行配置

對(duì)于需要更高負(fù)載電流支持的系統(tǒng)，TPS1689x可以與TPS1685x并行連接。通過(guò)連接SWEN、IMON和IREF引腳，實(shí)現(xiàn)電流共享和同步，確保所有設(shè)備均勻分擔(dān)負(fù)載電流，提高系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性。

四、PMBus數(shù)字接口

TPS1689x支持PMBus協(xié)議，通過(guò)I2C接口與主機(jī)控制器進(jìn)行雙向通信。它提供了豐富的命令集，可用于控制、配置、監(jiān)測(cè)和調(diào)試系統(tǒng)。通過(guò)PMBus，用戶可以設(shè)置各種保護(hù)閾值、定時(shí)器和引腳功能，還可以讀取系統(tǒng)參數(shù)和狀態(tài)信息。

4.1 設(shè)備尋址

TPS1689x使用7位I2C設(shè)備尋址，通過(guò)ADDR0和ADDR1引腳的不同引腳綁定組合，可以生成多達(dá)25個(gè)不同的地址，方便多個(gè)設(shè)備連接到同一I2C總線。

4.2 協(xié)議支持

支持快速模式（最高1MHz I2C時(shí)鐘速度）、總線超時(shí)、字節(jié)/字/塊讀寫(xiě)、組命令和SMBus警報(bào)輸出等功能，確保通信的可靠性和靈活性。

4.3 命令集

提供了一系列PMBus命令，包括操作控制、故障清除、配置存儲(chǔ)和恢復(fù)、遙測(cè)數(shù)據(jù)讀取等。用戶可以根據(jù)需要選擇合適的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)。

五、應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

5.1 單設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行

適用于簡(jiǎn)單的電源保護(hù)和監(jiān)測(cè)應(yīng)用，通過(guò)合理選擇外部組件，如電阻、電容等，可以滿足不同的應(yīng)用需求。

5.2 多設(shè)備并行連接

• TPS1689x與TPS1685x并行：用于需要更高電流輸入保護(hù)和數(shù)字接口的應(yīng)用。TPS1689x作為主設(shè)備，控制其他TPS1685x從設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電流共享和同步。
• 多個(gè)TPS1689x并行：適用于需要更高電流支持且每個(gè)eFuse需要獨(dú)立數(shù)字接口的應(yīng)用。通過(guò)設(shè)置不同的PMBus地址和OCP閾值，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)和控制。

5.3 多設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行（多區(qū)域）

用于將電源從公共源分配到不同電源區(qū)域的系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)備可以獨(dú)立監(jiān)測(cè)和保護(hù)各自的區(qū)域，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

六、設(shè)計(jì)示例

以54V、2kW電源路徑保護(hù)為例，詳細(xì)介紹了TPS1689x的設(shè)計(jì)過(guò)程，包括確定eFuse設(shè)備數(shù)量、設(shè)置參考電壓、選擇電阻值、配置PMBus地址等。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇，可以確保系統(tǒng)在各種工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行。

七、總結(jié)

TPS1689x是一款功能強(qiáng)大、性能可靠的集成熱插拔eFuse，具有寬輸入電壓范圍、低導(dǎo)通電阻、多種保護(hù)功能和PMBus數(shù)字接口等優(yōu)點(diǎn)。它適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供高效的電源管理和保護(hù)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇外部組件和配置參數(shù)，以充分發(fā)揮TPS1689x的性能優(yōu)勢(shì)。

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