引言

現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要許多具有多個(gè)電壓軌的ASIC、DSP和處理器，具有30～40個(gè)電壓軌的線路板并不少見。正確設(shè)計(jì)的數(shù)字電源管理系統(tǒng)(PMS)能夠向用戶提供功耗數(shù)據(jù)，并由此做出巧妙的能量管理決策。

多電壓軌板級(jí)電源系統(tǒng)的部件

一塊大型多電壓軌電源板包括一個(gè)隔離式中間總線轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器把來自背板的-48V電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)中間總線電壓(IBV)，并在線路板上進(jìn)行分配(通常從12V到低至3.3V)。單獨(dú)的負(fù)載點(diǎn)(POL)DC-DC轉(zhuǎn)換器將中間總線電壓降低至所需的軌電壓(其范圍從5V至0.6V)，而典型電流范圍則在1A~120A之間(見圖1)。POL可以是獨(dú)立的模塊，也可以是由DC-DC控制器IC以及相關(guān)聯(lián)的電感器(L)、電容器(C)和MOSFET組成的解決方案。這些電壓軌對(duì)排序、電壓準(zhǔn)確度、裕度調(diào)節(jié)和監(jiān)控有著嚴(yán)格的要求。

圖1，級(jí)聯(lián)多個(gè)LTC2978以滿足多電壓軌應(yīng)用的需要。

數(shù)字電源管理

新近推出的電源管理IC組合了多項(xiàng)功能，并能夠控制多達(dá)8個(gè)電壓軌。圖2給出了一個(gè)實(shí)例，即用于控制一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的LTC2978數(shù)字電源管理IC的一個(gè)通道。此類解決方案可以自主運(yùn)作，也可以與一個(gè)系統(tǒng)主處理器進(jìn)行通信，以獲取命令、控制信息并通告遠(yuǎn)端采樣結(jié)果。LTC2978可以通過單根時(shí)鐘線和任選的故障分配線路把多個(gè)LTC2978連接起來，以在一根I2C總線的單個(gè)區(qū)段上控制81個(gè)電壓。

圖2，LTC2978的典型應(yīng)用。[!--empirenews.page--]

用于多電壓軌電源板的控制語言

PMBus是一種開放式標(biāo)準(zhǔn)電源管理協(xié)議，滿足大型多電壓軌系統(tǒng)的需要。它采用了一種完全定義的命令語言，因而方便了與電源系統(tǒng)中的功率轉(zhuǎn)換器、電源管理器件和系統(tǒng)主處理器的通信。除了一個(gè)精確定義的標(biāo)準(zhǔn)命令集之外，符合PMBus標(biāo)準(zhǔn)的器件還能夠執(zhí)行其專有命令，以提供創(chuàng)新的增值功能。

使用電源管理系統(tǒng)的功能并保持其簡(jiǎn)單

設(shè)計(jì)師在開發(fā)板級(jí)數(shù)字電源管理系統(tǒng)時(shí)必須考慮的主要要求包括：排序、監(jiān)控、準(zhǔn)確度、裕度調(diào)節(jié)、電壓和電流監(jiān)控、故障診斷、故障記錄、自主型操作。

圖3，交互式GUI。

這里便是GUI發(fā)揮作用的地方(見圖3)。一個(gè)用戶友好型交互式GUI允許設(shè)計(jì)師通過一個(gè)纖巧的連接器將PC插入其電源板中，并使用所有這些功能。不必編寫一行代碼就能夠?qū)﹄娫垂芾硐到y(tǒng)進(jìn)行全面編程和控制。GUI將您的命令轉(zhuǎn)換成一個(gè)配置文件，該文件被存儲(chǔ)于PM的EEPROM中。一種離線模式允許用戶開發(fā)一個(gè)用于裝入器件的配置文件。在電源板開發(fā)期間，用戶將對(duì)其配置進(jìn)行交互式優(yōu)化。當(dāng)完成時(shí)，客戶配置文件將被傳送至IC制造商(例如凌力爾特公司)，或與制造商聯(lián)系并預(yù)先裝入電源管理IC。這就保證了能夠獲得一次性成功。

數(shù)字電源管理IC實(shí)現(xiàn)增值

數(shù)字電源管理在系統(tǒng)生命周期的4個(gè)關(guān)鍵階段均實(shí)現(xiàn)了增值。在設(shè)計(jì)和開發(fā)階段，設(shè)計(jì)師能夠配置數(shù)字電源管理系統(tǒng)以優(yōu)化排序、最大限度地降低功耗、并對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行特性分析。生產(chǎn)裕度測(cè)試比采用傳統(tǒng)方法時(shí)容易，這是因?yàn)榭傮w測(cè)試可利用一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)命令通過一根I2C總線來控制。無需采用具眾多定制代碼的復(fù)雜FPGA。在系統(tǒng)上電時(shí)，由于電源管理IC會(huì)立即阻止任何相互依賴的電壓的上電操作(如果它們當(dāng)中的一個(gè)未能起動(dòng))，因而起到了保護(hù)電源板免遭故障功率轉(zhuǎn)換器損壞的作用。電源管理IC提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的GUI，如果任何電源發(fā)生故障，則該GUI將通知裝配員。在現(xiàn)場(chǎng)，電源管理IC執(zhí)行自主型操作，以提供連續(xù)監(jiān)控，并針對(duì)故障采用預(yù)先設(shè)置的行動(dòng)。數(shù)字電源管理系統(tǒng)還能夠用于把有關(guān)系統(tǒng)健康狀況的數(shù)據(jù)回送至OEM制造商，以確定是否需要進(jìn)行維修。如果電源板被發(fā)回返修，則可回讀故障記錄，以確定所發(fā)生的具體故障、電源板溫度和故障時(shí)間。該數(shù)據(jù)可用于快速確定故障根源，以弄清是系統(tǒng)的運(yùn)作超出了其規(guī)定的工作限值范圍還是需要改進(jìn)未來產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

LTC2978是一款數(shù)字電源管理IC，它具備這種功能，并為簡(jiǎn)化多電壓軌電源管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作提供了更多的便利條件。