用级联式电源管理集成电路管理分布式电路板电源

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1、用级联式电源管理集成电路管理分布式电路板电源

2、第1内容显示中当今的电路板电源结构正在摒弃采用隔离电源供给所有电路板上电源电压的传统结构。独立电源在成本上变得无法接受。此外，高密度ASIC、CPU和FPGA需要在更低的核心电压下提供更大的电流，这就要求低压电源尽可能地靠近这些器件。　　已经提出了很多种电源结构来处理成本和电路板面积的问题。由于采用磁性材料进行隔离，传统的电源庞大并且昂贵。其结果是，更新的结构采用了两级能量转换。第一级提供背板与局域电路板供给总线之间的隔离。第二级，由局域总线供电，产生所需的电源电压。　　由于第二级不提供隔离，在给定输出电流的情况下，它的结构较小。这种分配电

3、源功能的方法被称为分布式电源结构(DPA)。　　中间总线结构　　在所提出的用于DPA的解决方案中，一种流行的方法是中间总线结构，它用于-48V的背板供电。如图1所示，一个隔离电源将背板-48V的电源转换为12V的局域总线。这一局域总线称为中间总线，它对剩余的更低电压电源供电。500)this.style.ouseg(this)">在IBA中采用两种电源：1.一个隔离电源将背板-48V的电源转换为一个中间电压，通常为12V。这个中间电压没有经过很好的整流。而其重点是建立一个高效的较小电源。2.多种非隔离、负载点（POL）电源对高密度VLSI器件供电。这些电源能够作为SIP封装模块、八分之

4、一砖（one-eighthbricks）组件或其它板上实现方式的现成电源。　　在一个分布式电源结构中管理电源的问题　　当采用IBA/DPA提供低成本的解决方案的同时，这些电源的管理（对这些电源进行故障监控、以协同的方式控制顺序等）变得越发困难，因为设计者现在必须不仅要控制器件的电源顺序，而且要确保电路板上相同电压的电源必须同时开断。5阶段电源管理图电路板上电源的管理包括定序、监控和控制信号的产生。管理分布在电路板上的不同种类的电源需要额外的逻辑。为了方便地说明电源管理的问题，图2展示了分为5个阶段的一块电路板的典型供电周期。在每个阶段（以一个方块表示）中，许多与相应电源有关的功能显示在

5、下方。阶段1：电路板等待输入电源达到稳定。阶段2：一些电源是具有先后次序和响应曲线的，以便满足器件供电指标。在分布式电源结构中，相同电压的多个电源必须在同一时刻上电。阶段3：产生特殊的逻辑控制信号以便使集成电路上电后进入一个已知状态。它们包括用于CPU的复位脉冲、用于ASIC的延时初始时钟、用于FPGA的初始化配置装载、产生用于背板的电源正常信号等。阶段4：监控可能发生的电源故障并且产生控制信号，诸如：送到板上CPU的欠压中断信号、在电源故障是灾难性情况下产生复位信号并且启动电源关闭程序等。阶段5：按次序切断电源。该阶段通常与阶段2相反。500)this.style.ouseg(thi

6、s)">图2：电路板典型的供电周期。中间总线结构（IBA）中的电源顺序同步设计人员经常使用多个相同电压的POL来对不同的芯片供电，从而使电源噪声的耦合最小化。在电路板的层面上，满足每个器件上电顺序规范的同时，所有这些具有相同电压的电源需要一起上电。例如CPU、ASIC等的I/O电压需要在不违背CPU和ASIC的顺序规范的情况下，同时上电。这个问题被进一步复杂化：一些器件要求它们的最低电压的电源最先上电，然后是高一些的电压；而另一个器件可能要求它的最高电压在较低的电压之前上电。另外，大多数器件要求电源以相反的顺序断电。电源断电的实际顺序能够借助启动电源断电顺序流程来实现。当主板拥有一块由

7、中间总线供电的夹层卡时，电源顺序就变得更为复杂了。夹层卡的顺序必须和主板同步，而且主板上的电源管理功能必须能够自动地包含对夹层卡电压的监控。监控信号的产生集中式监控电路板上的所有电源的欠压或过压情况必须被不断地监控。一旦某个电源故障，处理器必须被中断以便用来存储重要数据，并且进入阶段5切断电源。集中式的复位控制通常，当CPU电源上电之后，它的复位信号要延伸一段时间（大约100ms）以便启动它内置的自检程序。而且，为了防止处理器错误地执行指令，当与它的数据总线相连的任何器件的供电电源故障时，需要产生CPU复位信号。这就要求监控所有电源的管理芯片来产生复位信号。此外，在阶段4中，输入复位信

8、号的有效或者看门狗定时器的错误将导致处理器复位。升级电源监控功能和监控信号的产生不仅要考虑主电路板上的电源，而且还要监控夹层板上的电源。阶段3和阶段4中的操作必须拓展到包含夹层卡。用分立的现成芯片管理中间总线结构(IBA)当前，设计人员用多个分立元件来处理IBA中的电源管理，其中包括采用电源就绪信号来产生复位的逻辑。电源顺序经常采用级联的方法来实现。这种方法存在以下几个问题：在不违反每个器件各自的上电和断电序列的前提下，很难在整块电路板上做到电