深入解析ADI LTC2980 - 24：24通道PMBus電源系統管理器

引言

在電子設計領域，電源系統的管理至關重要。ADI公司的LTC2980 - 24作為一款24通道PMBus電源系統管理器，為電源管理帶來了強大的功能和高可靠性。本文將詳細介紹LTC2980 - 24的特點、應用、電氣特性等方面，幫助電子工程師更好地了解和應用這款產品。

文件下載：LTC2980-24.pdf

產品概述

主要特性

• 多電源管理：能夠對24路電源進行排序、微調、裕度調節和監控，有效管理電源的啟動順序和輸出電壓。
• 故障管理與日志記錄：具備故障管理功能，可監控遙測數據并創建故障日志，方便故障排查和系統維護。
• PMBus兼容：支持PMBus命令集，便于與其他設備進行通信和控制。
• 高精度調節：能夠將電源的裕度或微調精度控制在目標值的0.15%以內。
• 快速過壓/欠壓監控：每個通道都配備快速過壓/欠壓監控器，及時發現電源異常。
• 多設備協調：可在多個ADI PSM設備之間協調電源排序和故障管理。
• 自動故障記錄：自動將故障信息記錄到內部EEPROM中。
• 自主運行：無需額外軟件即可自主運行。
• 內部監控：具備內部溫度和輸入電壓監控功能。
• 精確測量：能夠精確監測24路輸出電壓、3路輸入電壓和內部管芯溫度。
• 通信接口：采用I2C/SMBus串行接口，方便與其他設備進行通信。
• 寬電源范圍：可由3.3V或4.5V - 15V電源供電。
• 可編程看門狗定時器：可監控微處理器的活動，在必要時復位微處理器。
• 封裝形式：采用210引腳的8.1mm × 16.9mm BGA封裝。

應用領域

• 計算機和網絡服務器：確保服務器電源系統的穩定運行，提高系統可靠性。
• 工業測試和測量：滿足工業環境下對電源管理的高精度要求。
• 高可靠性系統：為對可靠性要求極高的系統提供可靠的電源管理解決方案。
• 醫療成像：保障醫療成像設備的電源穩定性，提高成像質量。

電氣特性

電源特性

• 電源輸入范圍：VPWR電源輸入范圍為4.5V - 15V，VDD33電源輸入范圍為3.13V - 3.47V。
• 電源電流：VPWR和VDD33的電源電流典型值為10 - 13mA。
• 欠壓鎖定：VDD33的欠壓鎖定電壓為2.35 - 2.8V，具有120mV的遲滯。
• 穩壓器輸出：內部穩壓器可輸出3.13 - 3.47V的VDD33和2.35 - 2.6V的VDD25。

電壓參考特性

• 輸出電壓：參考電壓VREF的輸出電壓為1.232V，溫度系數為3ppm/°C，遲滯為100ppm。

ADC特性

• 輸入范圍：電壓感應輸入范圍為0 - 6V，電流感應輸入范圍（奇數通道）為 - 0.1 - 6V。
• 分辨率：電壓感應分辨率為122μV/LSB，電流感應分辨率根據不同范圍有所不同。
• 總未調整誤差：電壓感應模式下，當VIN_ADC ≥ 1V時，總未調整誤差為±0.15%；當0 ≤ VIN_ADC ≤ 1V時，為±1.5mV。電流感應模式下，當20mV ≤ VIN_ADC ≤ 170mV時，總未調整誤差為±0.7%；當VIN_ADC ≤ 20mV時，為±140μV。
• 轉換時間：電壓感應模式下轉換時間為6.15ms，電流感應模式下為24.6ms。

DAC輸出特性

• 分辨率：DAC輸出分辨率為10位。
• 滿量程輸出電壓：可編程，范圍為1.29 - 2.80V。
• 非線性：積分非線性和微分非線性最大為±2.4LSB。
• 失調電壓：最大為±10mV。
• 負載調節：負載調節為100ppm/mA。
• 電源抑制比：DC時為60dB。

電壓監控特性

• 輸入范圍：輸入電壓范圍可編程，低分辨率模式為0 - 6V，高分辨率模式為0 - 3.8V。
• 分辨率：高分辨率模式下為4mV/LSB，低分辨率模式下為8mV/LSB。
• 總未調整誤差：根據不同的輸入電壓范圍，總未調整誤差在±1.0% - ±1.5%之間。
• 更新周期：更新周期為12.21μs。

引腳配置與功能

LTC2980 - 24采用210引腳的BGA封裝，引腳功能豐富。主要包括電源引腳（VPWR、VDD33、VDD25）、電壓感應引腳（VSENSEPn、VSENSEMn）、DAC輸出引腳（VDACPn、VDACM）、使能引腳（VOUT_ENn、VIN_EN）、通信引腳（SDA、SCL）、控制引腳（CONTROL0、CONTROL1）、故障指示引腳（FAULTBzn）等。每個引腳都有其特定的功能，在設計時需要根據實際需求進行合理連接和配置。

工作原理

設備組成

LTC2980 - 24包含三個獨立的LTC2977設備，每個部分都有獨立的電源和接地引腳，可獨立工作。

設備地址配置

由于包含三個獨立設備，每個部分都需要配置唯一的地址。I2C/SMBus地址的配置方式與單個LTC2977設備相同，同時該設備還響應LTC2977的全局地址和SMBus警報響應地址。

EEPROM功能

內部EEPROM用于存儲配置設置和故障日志信息，具有糾錯碼（ECC）。EEPROM的耐久性、保留時間和批量寫入操作時間在工作結溫范圍內有明確規定。當結溫超過105°C時，EEPROM的性能會受到一定影響，建議在結溫低于85°C時進行寫入操作。

應用信息

供電方式

LTC2980 - 24有兩種供電方式：

• 中間總線供電：將4.5V - 15V的電壓施加到VPWR引腳，內部線性穩壓器將VPWR轉換為3.3V為內部電路供電。
• 外部3.3V供電：將3.13V - 3.47V的外部3.3V電源直接施加到VDD33引腳，并將VPWR與VDD33引腳相連。

應用電路設計

• VIN感應：可使用VIN_SNS引腳監測和監控除VIN以外的電壓，每個VIN_SNS引腳都有校準的內部分壓器，可直接感應高達15V的電壓。
• 未使用的ADC感應輸入：將所有未使用的ADC感應輸入（VSENSEPn或VSENSEMn）連接到GND，在某些情況下可使用100k電阻連接到GND。

PCB組裝和布局建議

• 旁路電容放置：在VDD33引腳和GND、VDD25引腳和GND、REFP和REFM引腳之間需要放置0.1μF的旁路電容。如果通過VPWR輸入供電，該引腳也需要連接0.1μF的旁路電容到GND。
• PCB布局：建議使用多層PCB，專門為電源和接地分配一層，確保低電阻和低電感的電源和接地連接，以減少電源噪聲并保證設備正常運行。

設計檢查清單

• I2C地址：每個部分都需要配置唯一的地址，建議使用唯一的硬件ASELn值進行簡單的系統編程。
• 輸出使能：在所有VOUT_ENn引腳使用適當的上拉電阻，確保不超過VOUT_ENn引腳的絕對最大額定值。
• VIN感應：無需外部電阻分壓器來感應VIN，VIN_SNS已經有內部校準分壓器。
• 邏輯信號：驗證數字引腳（SCL、SDA、ALERTB、FAULTBzn、CONTROLn、SHARE_CLK、WDI、ASELn、PWRGD）的絕對最大額定值不被超過。
• 未使用的輸入：將所有未使用的VSENSEPn、VSENSEMn和DACMn引腳連接到GND，避免輸入浮空。
• DAC輸出：根據所需的裕度范圍選擇合適的電阻，可參考LTpowerPlay中的電阻選擇工具。
• 電源供應：如果通過VPWR供電，不要將VDD33(A)、VDD33(B)和VDD33(C)引腳連接在一起，因為每個VDD33引腳都有獨立的內部穩壓器。

典型性能特性

文檔中給出了多個典型性能特性曲線，包括參考電壓與溫度的關系、溫度傳感器誤差與溫度的關系、ADC總未調整誤差與溫度的關系等。這些曲線可以幫助工程師更好地了解設備在不同溫度下的性能表現，為設計提供參考。

相關部件

ADI還提供了一系列相關的電源管理部件，如LTC2970、LTC2974、LTC2975、LTC2977、LTC2980、LTM2987、LTC3880和LTC2971等。這些部件在功能和性能上各有特點，工程師可以根據具體需求進行選擇和搭配。

總結

LTC2980 - 24作為一款功能強大的24通道PMBus電源系統管理器，具有豐富的功能和良好的性能。在實際設計中，工程師需要根據具體應用需求，合理配置設備的參數和引腳，注意PCB布局和電源供應等方面的問題，以確保系統的穩定運行。同時，參考相關的典型性能特性和設計檢查清單，可以幫助工程師更好地完成設計任務。大家在使用過程中遇到任何問題，歡迎在評論區交流討論。