探秘ADM1168：多功能電源監(jiān)控與排序芯片的卓越之選

引言

在當今復雜的電子系統中，電源管理和監(jiān)控至關重要。ADM1168作為一款多功能的電源監(jiān)控與排序芯片，為工程師們提供了強大而靈活的解決方案。本文將深入探討ADM1168的特性、功能、應用以及使用方法，幫助電子工程師更好地理解和應用這款芯片。

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芯片特性概覽

全面的監(jiān)控與排序能力

ADM1168為多達8個電源提供了完整的監(jiān)控和排序解決方案，能夠對電源進行高精度的監(jiān)測，在25°C時對所有電壓的監(jiān)測精度可達<0.5%，在全電壓和溫度范圍內精度<1.0%。這使得它在多電源系統中能夠準確地監(jiān)控電源狀態(tài)，確保系統的穩(wěn)定運行。

非易失性故障記錄

具備16個事件深度的黑匣子非易失性故障記錄功能，這意味著在系統出現故障時，能夠記錄下關鍵的故障信息，方便工程師進行故障排查和分析。即使在電源故障的情況下，這些記錄也不會丟失，為故障診斷提供了有力的依據。

靈活的輸入輸出配置

• 輸入方面：有4個可選的輸入衰減器，可對高達14.4V的電源進行監(jiān)測；4個雙功能輸入（VX1 - VX4），既可以作為電源故障檢測器，也可以作為通用邏輯輸入；高阻抗輸入的電源故障檢測器，閾值范圍在0.573V至1.375V之間。
• 輸出方面：擁有8個可編程驅動輸出（PDO1 - PDO8），輸出模式多樣，包括開漏、推挽等，還可以提供高達12V的輸出用于驅動外部NFET。

強大的測序引擎

測序引擎（SE）實現了對PDO輸出的狀態(tài)機控制，狀態(tài)變化取決于輸入事件。這使得芯片能夠實現復雜的電源上電和下電序列控制、故障事件處理以及警告中斷生成等功能。同時，還可以通過SMBus對測序進行軟件控制，增加了系統的靈活性。

其他特性

• 采用最高的VPx或VH電源供電，提高了冗余性。
• 擁有256字節(jié)的用戶EEPROM，方便用戶存儲自定義信息。
• 具備行業(yè)標準的2線總線接口（SMBus），便于與其他設備進行通信。

引腳配置與功能

引腳功能詳解

電源供電與配置

ADM1168由VPx或VH中最高電壓輸入供電，這種設計提高了芯片的冗余性。VDD仲裁器會選擇合適的電源為芯片供電，仲裁器可看作是四個低壓差穩(wěn)壓器（LDO）的“或”操作。同時，需要在VDDCAP引腳連接一個外部電容，用于去耦和在電源掉電時作為儲能電容，推薦使用10μF的電容。

輸入功能分析

電源監(jiān)控輸入

芯片有八個可編程輸入，其中四個是專用電源故障檢測器（SFDs），分別是VH和VPx（VP1 - VP3），另外四個輸入（VX1 - VX4）具有雙功能。這些輸入可以配置為檢測欠壓、過壓或窗口外故障，閾值可以通過寄存器進行8位分辨率的編程。

輸入比較器滯回

為了避免輸入接近設定閾值時的抖動，UV和OV比較器具有數字可編程滯回功能。滯回值可以根據公式 (V{H Y S T}=V{R} × N{THRESH } / 255) 進行計算，其中 (N{THRESH }) 最大為31。

輸入毛刺濾波

SFDs的最后一級是毛刺濾波器，可對SFD比較器的輸出進行時域濾波，去除電源開啟時的雜散過渡。毛刺濾波器的超時時間可編程，最長可達100μs。

VXx輸入的特殊功能

VXx輸入既可以作為電源故障檢測器，也可以作為數字邏輯輸入。作為模擬輸入時，其輸入范圍為0.573V至1.375V，但可以通過外部電阻分壓網絡監(jiān)測其他電源。作為數字輸入時，可提供額外的電源監(jiān)控功能，并且可以配置為檢測電平變化或邊沿變化。

輸出功能分析

電源排序輸出

通過可編程驅動輸出（PDOs）實現電源排序，PDOs可以作為邏輯使能或FET驅動器。測序引擎（SE）根據芯片輸入的狀態(tài)控制PDOs的動作，可用于為LDO或DC - DC轉換器提供使能信號、提供PWRGD信號或RESET輸出等。

PDO輸出配置

PDOs可以編程為多種輸出模式，包括開漏、開漏帶弱上拉、開漏帶強上拉、強下拉到GND以及內部電荷泵高驅動（僅PDO1 - PDO6）。數據驅動PDOs的來源有三個：測序引擎輸出、直接來自SMBus、片上時鐘。

默認輸出配置

未編程的ADM1168芯片內部寄存器初始值為0，PDOx引腳通過片上20kΩ弱下拉電阻拉到GND。在電源上電過程中，PDO的狀態(tài)會根據輸入電源電壓的變化而變化。

測序引擎詳解

概述

測序引擎（SE）為用戶提供了強大而靈活的排序控制，它基于狀態(tài)機控制PDO輸出，狀態(tài)變化取決于輸入事件。SE程序可以實現復雜的電路板控制，如電源上電和下電序列控制、故障事件處理和警告中斷生成等，還可以集成看門狗功能。

狀態(tài)機結構

SE狀態(tài)機由63個狀態(tài)單元組成，每個狀態(tài)具有以下屬性：

• 監(jiān)測八個輸入引腳（VP1 - VP3、VH和VX1 - VX4）的狀態(tài)信號。
• 可以從任何其他狀態(tài)進入。
• 有三個退出路徑：序列檢測、故障監(jiān)測和超時。
• 序列和超時塊的延遲定時器可以獨立編程，超時范圍為0ms至400ms。
• 在一個狀態(tài)內，八個PDO引腳的輸出狀態(tài)是固定的。
• 狀態(tài)轉換時間小于20μs。
• 可以觸發(fā)將黑匣子故障和狀態(tài)寄存器寫入EEPROM的黑匣子部分。

警告監(jiān)測

SE還會監(jiān)測警告信號，這些警告可以由ADC讀數超出極限寄存器值或VPx和VH的二次電壓監(jiān)測觸發(fā)。警告信號會進行“或”運算，并作為單個警告輸入提供給三個狀態(tài)退出塊。

SMBus跳轉

可以通過SMBus強制SE無條件進入下一個狀態(tài)，這在調試序列或進入裕度狀態(tài)時非常有用。

應用示例

以一個三電源系統的上電序列為例，展示了SE的工作原理。在這個系統中，VP1引腳的5V電源正常且VX1引腳為低電平時，觸發(fā)上電序列。序列依次開啟3.3V和2.5V電源，當所有電源正常開啟后，進入PWRGD狀態(tài)。在整個過程中，通過序列檢測器、監(jiān)測故障檢測器和超時檢測器處理各種故障情況。

故障與狀態(tài)報告

ADM1168具有故障鎖存器用于記錄故障，FSTAT1和FSTAT2寄存器用于存儲故障信息。每個輸入對應一個位，輸入故障時相應位會被置位。故障寄存器可以在每個狀態(tài)中啟用或禁用，以確保只捕獲真實的故障。

此外，芯片還有多個狀態(tài)寄存器，提供更詳細的信息，如輸入的欠壓或過壓故障、ADC極限故障等。狀態(tài)寄存器分為兩組，一組不鎖存，隨時響應輸入變化；另一組在序列引擎狀態(tài)改變時更新并鎖存，用于黑匣子功能寫入狀態(tài)信息。

非易失性黑匣子故障記錄

EEPROM的一部分（地址0xF900至0xF9FF）可用于存儲用戶自定義設置和信息，其中地址0xF980至0xF9FF可存儲多達16條故障記錄。任何測序引擎狀態(tài)都可以指定為黑匣子寫入狀態(tài)，每次進入該狀態(tài)時，會將故障記錄寫入EEPROM。

故障記錄包含標志位、前一個狀態(tài)的狀態(tài)號、狀態(tài)退出原因、輸入比較器狀態(tài)、VXx GPISTAT狀態(tài)、LIMSTATx狀態(tài)和校驗和字節(jié)等信息。每次寫入一條故障記錄大約需要2ms，寫入過程中芯片會確保記錄完整。

為了避免故障記錄丟失，應用程序可以定期輪詢芯片，或者使用PDOx輸出產生中斷信號通知處理器讀取故障記錄。讀取故障記錄后，需要擦除EEPROM并重置故障記錄器，以便再次使用。

通信與配置

上電配置下載

ADM1168的配置由RAM中的內容決定，RAM中的數字鎖存器是雙緩沖的，包括Latch A和Latch B。上電時，需要將EEPROM中的內容下載到本地鎖存器，具體步驟如下：

1. 無電源時，PDOs為高阻抗。
2. 當輸入電源達到1.2V時，PDOs通過20kΩ電阻弱下拉到GND。
3. 電源超過欠壓鎖定（UVLO為2.5V）時，EEPROM開始下載到RAM。
4. EEPROM內容下載到所有Latch A。
5. 下載完成后，設備控制器將所有Latch A的內容同時下載到Latch B，完成配置下載。
6. 配置下載完成0.5ms后，從EEPROM下載第一個狀態(tài)定義到SE。

配置更新

上電后，用戶可以通過SMBus接口更新ADM1168的配置，有三種更新選項：

1. 實時更新配置，直接寫入RAM。
2. 只更新Latch A，不更新Latch B，配置保持不變，直到更新Latch B。
3. 更改EEPROM寄存器內容，不改變RAM內容，然后將修改后的EEPROM內容下載到RAM。

測序引擎更新

SE有自己的512字節(jié)EEPROM用于存儲狀態(tài)定義，上電時從EEPROM加載第一個狀態(tài)。要更改狀態(tài)，需要直接修改EEPROM中的64位字，并上傳到EEPROM。

內部寄存器

芯片包含大量數據寄存器，主要包括地址指針寄存器和配置寄存器。地址指針寄存器用于選擇其他內部寄存器，配置寄存器用于控制和配置芯片的各種操作參數。

EEPROM

ADM1168有兩個512字節(jié)的非易失性EEPROM，一個用于存儲配置數據、用戶信息和故障記錄，另一個用于存儲SE的狀態(tài)定義。EEPROM可以讀寫，但寫入前需要先擦除，且寫入速度較慢，寫入次數有限。

串行總線接口

芯片通過串行系統管理總線（SMBus）進行控制，作為從設備連接到總線上。上電后約1ms完成EEPROM下載，下載完成前訪問芯片會收到無應答（NACK）。

SMBus協議

ADM1168使用多種SMBus協議進行讀寫操作，包括發(fā)送字節(jié)、寫入字節(jié)/字、塊寫入、接收字節(jié)和塊讀取等。同時，還提供了數據包錯誤檢查（PEC）功能，用于驗證數據的正確性。

應用領域

ADM1168適用于多種應用場景，如中央辦公系統、服務器/路由器、多電壓系統線卡、DSP/FPGA電源排序以及帶裕度電源的在線測試等。其強大的功能和靈活的配置使其能夠滿足不同系統的電源管理和監(jiān)控需求。

總結

ADM1168作為一款功能強大的電源監(jiān)控與排序芯片，為電子工程師提供了全面而靈活的解決方案。通過其豐富的輸入輸出配置、強大的測序引擎、非易失性故障記錄以及靈活的通信和配置方式，能夠有效地實現多電源系統的監(jiān)控和排序，提高系統的穩(wěn)定性和可靠性。在實際應用中，工程師可以根據具體需求對芯片進行配置和編程，以滿足不同系統的要求。

在使用ADM1168時，需要注意電源供電、引腳配置、寄存器設置以及通信協議等方面的細節(jié)，以確保芯片的正常工作。同時，對于故障記錄和配置更新等功能，也需要合理使用，以便更好地進行故障排查和系統維護。希望本文能夠幫助電子工程師更好地理解和應用ADM1168芯片，為電子系統的設計和開發(fā)提供有力的支持。

你在使用ADM1168芯片的過程中遇到過哪些問題？對于電源監(jiān)控和排序芯片，你還有哪些關注的要點？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和想法。