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标题: 用在系统可编程器件实现电源管理与监控 [打印本页]

作者: yuyang911220 时间: 2017-5-14 21:56 标题: 用在系统可编程器件实现电源管理与监控

在系统可编程电源管理芯片（ispPAC Power Manager）是业界第一片混合信号可编程逻辑器件（PLD），它内含在系统可编程的模拟和逻辑组块，能提供经过优化的电源管理功能，这一功能对需要多种电源的电子系统是很有用的。该器件集成了可编程逻辑、电压比较器、参考电压及高电压的场效应管驱动器，支持单芯片可编程供电定序与监控。目前Lattice公司已推出了Power1208和Power604两种在系统可编程电源管理芯片。

微处理器、DSP、FPGA和专用集成电路（ASIC）等许多先进的集成电路使用多种电源电压，以便在优化性能的同时降低功耗，但是，用户必须将这些电源电压加到器件上，并按预定的顺序上电和切断它们，以防损坏器件。Power1208作为在系统可编程电源管理芯片系列的第一款器件，采用了莱迪思公司的ispMACH CPLD 和ispPAC可编程模拟器件的先进工艺，只用单个芯片就可以灵活、经济、方便地解决上述问题。器件的核心是ispMACH PLD ，其特有的12个精密的模拟门限比较器带有在芯片的参考电压，能用于电源监控。 4个无噪声的数字输入与4个漏极开路的数字输出可用作系统控制接口。 4个可编程高电压场效应管驱动器用来控制电源，以及芯片内部的4个250KHz振荡器的可编程定时器用来控制时延。该器件经过处理，能在2.25到5.5伏的嘈杂供电环境中正常工作。

图1　Power1208内部结构（略）

如今最先进的集成电路都对控制多种供电电压提出了要求，这个复杂的任务是系统设计人员的一大负担。Power1208器件提供的单芯片可编程解决方案为各类电路板的电源管理带来了前所未有的方便，并为可编程器件的应用拓展了一个重要的、从未有人涉足的领域。要开发这种芯片，需要使用开发软件。PAC-Designer 软件能让用户轻而易举地实现电路设计的功能。

Power1208的结构

Power1208可以用作电源定序控制器和监控器。能管理8个电源和监控12个模拟输入。器件内含数字可编程器件，用户可以用它来实现数字逻辑功能。内部的PLD连接至4个可编程定时器、专用I/O和可编程监控电路块。内部的PLD和定时器可以使用内部的可编程时钟振荡器或者外部的时钟。器件的内部结构如图1所示。

电压监控器中有12个独立的比较器，每个都能设置192个断路点。监控电平为1.2V，1.5V，1.8V，2.5V，3.3V或5V。输出引脚配置成两种模式。8个输出用来控制8个不同的电源。引脚OUT5-OUT8是开路漏极输出，用于和其它电路接口。引脚HVOUT1-HVOUT4可以独立地编程为开路漏极输出或者场效应管驱动器。作为场效应管驱动器时，这些引脚用来驱动外部的N沟道MOSFET，用以控制电路板上的电压。4个HVOUT驱动器能进行可编程电流和电压控制。

图2　器件内部的电压监控电路（略）
图3　电路控制系统（略）

电源监控的应用

从图1中可以看到VMON1－VMON12为被监控的电压输入端。图2为器件内部的电源监控电路的简化表示。每个监控电路由三部分组成：可编程分压器、电压比较器、可编程参考源。监控电路的核心是一个电压比较器。比较器的正端电压高于负端电压时，比较器输出高电平；比较器的正端电压低于负端电压时，比较器输出低电平。电路中有一个可编程电阻分压器，用于初步设置比较器的跳闸点，例如1.8V，2.5V和3.3V。比较器的负端与内部的可编程参考源相连。它能设置成16种不同的值。每一种都能以1%的精度进行调整，用于电压监控器的断点精确调整。

电源控制系统的应用

图3 为一个电源控制系统，在这个系统里POWER1208监控＋5V的输入电压，控制几路电压的上电时序，并通过系统复位SYSRESET引脚和切断电源SHUTDOWN引脚与电路板上的逻辑信号接口。在这个系统里，有三种电压，＋5V的电压直接加到电路板上、另外通过两个稳压器提供独立的3.3V和2.5V电压。系统要求三组电压不是同时上电，而是按照一定的时序依次上电。当一路电压上电后等待数毫秒后，另一路电压再上电。其次序为3.3V先上电，然后2.5V，最后5V。此外，要求所有电压被激活之前，系统复位信号SYSRESET始终保持低电平。所有电压被激活之后，SYSRESET为高电平。SHUTDOWN为高电平时，关闭所有电源。其次序与上电时的次序相反，为先关断5V电压，然后2.5V，最后关断3.3V。

在这个系统中，V5IN_OK作为输入信号，POWER1208对＋5V的信号进行监控。V5_EN、V33_EN、和V25_EN 是POWER1208的输出信号，用于控制三个场效应管以便达到控制上电与切断电源的时序。设计这个电源控制系统时，可以使用PAC-Designer v2.0软件在Power1208器件上实现电源供电定序和监控的设计。PAC-Designer是一个直观的原理图输入及仿真工具，其最新的LogiBuilder工具提供了一系列简单易用的下拉菜单，能帮助用户轻松地设计出复杂的定序与监控功能。首先定义输入、输出信号。然后根据上电的时序和关闭电源的时序编写如下的程序输入至PAC-Designer。

Step0 Begin Startup Sequence
Step1 Wait for V5IN_OK
Step2 V33_EN =1,
Step3 Wait for 8.192ms using timer 1
Step4 V_25EN =1,
Step5 Wait for 8.192ms using timer 1
Step6 V5_EN = 1,
Step7 SYSRESET = 1,
Step8 Wait for SHUTDOWN
Step9 V5_EN = 0,
Step10 Wait for 8.192ms using timer 1
Step11 V_25EN =0,
Step12 Wait for 8.192ms using timer 1
Step13 V33_EN =0,
Step14 Begin Shutdown Sequence
Step 15 Halt

最后用ispDOWNLOAD下载电缆连接器件与PC机的并口，就能将在PAC-Designer中完成的设计下载到器件上。Power1208器件独特的结构功能使之特别适合控制多个供电电源，它可以被广泛应用在各种各样的电子设备中，包括通讯和网络系统、存储系统、服务器、测试设备以及车用电子设备等。该器件还能与N沟道开关场效应管和低压降输出（LDO）稳压器配合使用，提供紧凑的电源控制解决方案。传统的解决方案需要使用多个模拟及数字集成电路和许多电阻、电容。用Power1208取代传统的方案，既节约成本，又能提高系统的可靠性和灵活性。

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