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智能功率控制產品的設計

時間：2008-04-13 02:07:00

關鍵字：功率控制 PS 混合信號器件

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構建和維護合適的功率環(huán)境對系統(tǒng)的正確運行非常關鍵。對功率的控制和管理越來越受到重視，無論是簡單的手持式便攜設備，還是多服務器機架系統(tǒng)，都希望能夠節(jié)省能耗、降低成本。

采用現場可編程門陣列（FPGA）、數字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）的設計可能需要4～5個甚至更多的電源，需要按照預先設定的順序和電壓攀升率完成上電，從而避免諸如閂鎖、電涌或I/O競爭等問題。此外，許多應用都要求上電順序和電壓攀升率可調節(jié)，以適應不同的應用。

利用創(chuàng)新的混合信號可編程系統(tǒng)芯片（PSC）與 32位ARM Cortex-M1處理器相結合的優(yōu)勢，可以開發(fā)出可修改的智能功率控制解決方案，大幅減少部件數目、板卡尺寸和系統(tǒng)成本，同時提高可靠性、靈活性和系統(tǒng)可用性。集成在混合信號PSC中的Cortex-M1處理器除了能夠監(jiān)控總線電壓、電機電流和速度外，還能完成診斷任務。

智能功率控制

智能功率控制涉及如下基本要求：提供系統(tǒng)所需的所有電壓；控制每個器件的上電順序，維持系統(tǒng)的完整性，防止諸如閉鎖、電涌或I/O競爭之類的問題；在不需要某些器件時關閉該器件，而在需要時順暢地開啟；在待機狀態(tài)下維持最低限度的功能運行，以節(jié)省功耗，并按照一定的時間間隔或在需要時喚醒系統(tǒng)。

在專用標準產品 (ASSP) 中實現這些功能需要標準的功率供給方案。采用可編程解決方案則能適應多系統(tǒng)要求?？删幊探鉀Q方案還允許日后對系統(tǒng)升級和細調。目前市場上的許多可編程功率模塊都需要與某種形式的處理器共用，獲取各電源開關控制的指令。

面向智能功率控制的混合信號PSC

由于多電源、多I/O組件的應用、 I/O標準不斷變化，以及調節(jié)上電順序和電壓攀升率的需求，板級電源管理變得越來越復雜，因此，設計人員需要靈活且能上電即用的功率管理器件。如圖1所示，混合信號PSC具有嵌入式閃存、FPGA架構、四線模擬I/O結構和模數轉換器 (ADC)，可為智能功率控制提供智能化及簡捷靈活的解決方案。

圖1 混合信號PSC體系架構

可編程混合信號PSC，如Actel Fusion，能實現上電順序、實時電壓監(jiān)視、分析和控制。這些功能都集成在單芯片中，減少了部件數目，從而大大降低了材料成本、板卡尺寸和組裝成本。該方案僅使用一個器件，所以功耗更低，而且能根據采樣電壓進行配置，可監(jiān)視多達30路模擬信號并控制多達10個柵極驅動電路，而這些電路的驅動強度可編程，能夠控制多電源系統(tǒng)的上電順序和電壓攀升率。混合信號PSC還能通過監(jiān)視器定時器或外部觸發(fā)器完成系統(tǒng)喚醒操作，可關閉除某一器件外的整個系統(tǒng)。某些混合信號PSC還具有管理智能電池充電的能力，這是提升系統(tǒng)功率控制的另一種智能方式。

MicroTCA的智能功率控制實例

由于這些解決方案能使系統(tǒng)管理和智能功率管理應用的集成度提高至前所未有的水平，因此，單芯片PSC能夠減少典型MicroTCA電源模塊的材料清單成本，在某些情況下能夠減少超過50%。與速度慢及基于軟件的微控制器解決方案不同，混合信號PSC用FPGA邏輯門實現了內部電壓監(jiān)控和切換功能，如圖2所示，因而能達到MicroTCA標準規(guī)定的100μs開關速度指標。

圖2 MicroTCA電源模塊示例

如圖3所示，在高級夾層卡（AMC）示例中，采用單芯片實現系統(tǒng)管理和智能功率控制的高級夾層卡部件數減少，其好處是比采用微控制器和許多分立元件實現的典型高級夾層卡性能更高、功能更豐富?？蛻艨梢允褂没旌闲盘朠SC來集成有效載荷和管理功能，以實現更高的部件集成度并降低成本。此外，一些混合信號PSC器件還具有電信服務供應商通常都需要的系統(tǒng)內變更和升級功能。