用级联的电源管理器件管理分布式电路板电源

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1、用级联的电源管理器件管理分布式电路板电源

2、第1...分布式电源架构为日益复杂的系统提供了一种低成本电源解决方案，然而设计者仍要面对一些电源管理方面的挑战。本文阐述了分布式电源架构中与电源管理相关的问题，并讨论了一种基于级联的ispPAC电源管理器的灵活且可升级的电源管理设计方案。　　当今的电路板电源架构正在摒弃采用隔离电源来提供电路板所有电源电压的传统架构，隔离电源的成本变得无法接受。此外，高密度ASIC、CPU和FPGA需要在更低的核心电压下获得更大的电流，这就要求低电压电源尽可能地靠近这些器件。多种电源架构已被建议用来解决成本和电路板尺寸问题。由于采用磁性材料进行隔离，传统电源体积

3、庞大且价格昂贵，于是，新一代架构采用两级电源转换。第一级提供背板与本地电路板电源总线之间的隔离，由本地总线供电的第二级则产生所需的电源电压。因为第二级不提供隔离，所以在给定输出电流的情况下该架构的体积较小。这种分配电源功能的方法称为分布式电源架构(DPA)。500)this.style.ouseg(this)">图1：中间总线架构。在所有的DPA解决方案中，中间总线架构(IBA)是一种流行的方案，它以-48V直流背板电源为应用目标。如图1所示，隔离电源将背板-48V电压转换为12V的本地总线。该本地总线称为中间总线，它向其余较低的电压电源供电。　　有两种电源用于IBA中：　　1.将背板

4、-48V电压转换为中间电压(通常为12V)的隔离电源。这个中间电压并没有很好地整流，而其重点是要建立一个高效率的小电源。　　2.向高密度VLSI器件供电的多种非隔离负载点(POL)电源。这些电源既能作为SIP封装模块形式的现成电源，也能以1/8砖模块或其它板级实现的方式加以应用。　　尽管采用IBA/DPA提供了具有成本效益的解决方案，但同时这些电源的管理(监控电源故障、以协同的方式控制顺序等)变得越发困难，因为设计者不仅需要为器件控制电源顺序，还要确保电路板上相同电压的电源同时开断。　　5阶段电源管理　　电路板上的电源管理包括排序、监视和产生监控信号。管理分布在电路板上的不同种类电源需

5、要额外的逻辑。为便于说明电源管理的问题，图2显示了分成5个阶段的典型电路板供电周期。在每个阶段(以一个方块表示)都给出了许多相应的电源功能。　　阶段1：电路板等待输入电源达到稳定。　　阶段2：一些电源被排序/跟踪，以满足器件的供电指标。在DPA中，具有相同电压的多个电源必须在同一时刻开通。　　阶段3：产生特殊的逻辑控制信号，便于使集成电路的上电过程处于已知的状态。例如CPU的复位脉冲延伸、ASIC的初始时钟延迟、FPGA的初始化配置装载、背板电源正常信号产生等。阶段4：监视可能发生的电源故障并产生监控信号，如板载CPU的欠压中断，若电源故障是灾难性的，则产生复位信号和启动电源关闭程序等

6、。阶段5：按顺序切断电源。该阶段通常与阶段2相反。500)this.style.ouseg(this)">图2：典型的电路板供电周期。IBA中的供电电源顺序同步　　设计人员经常使用多个具有相同电压的POL对不同芯片供电，从而使耦合的电源噪声最小。在电路板的层面上，所有这些具有相同电压的电源不仅需要符合每个器件的上电顺序规范，还需要同时开通。例如CPU、ASIC等的I/O电压需要在不违背CPU和ASIC上电顺序规范的情况下同时开通。更复杂的是，一些器件要求它们的最低电源电压先开通，然后是高一些的电源电压开通；同时其它器件可能要求最高电压在较低电压之前开通。另外，大多数器件要求电源以与开通

7、时相反的顺序关闭。实际的电源关闭顺序取决于启动电源关闭顺序的事件。　　当主电路板带有由中间总线供电的夹层插卡时，供电排顺变得更为复杂。夹层卡的供电顺序必须和主电路板同步，而且主电路板上的电源管理功能必须自动包含对夹层卡电压的监控。　　监控信号的产生　　集中式监控：应该不断地监视电路板上所有电源的欠压或过压状况。一旦电源发生故障，处理器必须被中断以便保存重要数据，并且进入阶段5以关闭电源。　　集中式的复位控制：通常，当CPU电源导通后，CPU复位信号要保持一段时间(大约100ms)以便执行内置的自检程序。并且，为防止处理器错误地执行指令，当连接到其数据总线的任何器件的电源发生故障时，都应

8、该产生CPU复位信号。这就要求复位信号可以由监控所有电源的管理芯片产生。此外，在阶段4，输入复位信号有效或者看门狗定时器故障都将导致处理器复位。　　可升级性：电源的监控功能和监控信号产生不仅要覆盖主电路板上的电源，而且还要监控夹层板上的电源。阶段3和阶段4中的操作应该扩展到夹层卡。　　用现成的分立芯片管理IBA500)this.style.ouseg(this)">图3：基于ispPAC电源管理器的电源管理设计实例。目前，设计人员采用多个分立元