優化PCB設計的可編程電源管理方案

　　可編程電源管理方案

　　圖2顯示了一個采用單一可編程電源管理器件的典型PCB電源管理實現。可編程電源管理器件需要可編程模擬和數字部分以簡化多個傳統單功能電源管理器件的整合。設計師可配置可編程模擬部分以監測一組電壓組合而不必求助采用一個專門配置、廠家編程的單功能器件。

                                 圖2：一個可編程電源管理器件可取代多個單功能IC。

　　需要用電源管理器件的可編程數字部分來定義針對PCB的邏輯，該邏輯結合可編程電源監測功能來實現諸如復位生成、電源故障中斷生成以及各個電源的排序。一個基于軟件的可編程設計方法論使電源管理器件能提供多種針對具體PCB的電源管理功能。

　　利用可編程電源管理器件

　　萊迪思半導體(Lattice Semiconductor)的Power Manager II器件是可編程電源管理器件的一個例子。Power Manager II整合了若干數字和模擬單元以支持多個單功能電源管理器件的整合。圖3是Power Manager II器件的框圖。圖3中所示的器件是Power1014A，它是Power Manager II系列中的一款產品。Power1014A可監測10種電源電壓、帶有14個輸出，可實現全部電源管理功能。Power1014A利用20個片上可編程精準門限比較器實現多達10組電壓的過/欠壓監測，典型監測精度是0.3%。數字監測輸入可用于連接諸如手動復位、電源和關斷等數字信號。

                圖3：萊迪思半導體的Power Manager II系列器件架構。

　　Power1014A有4個定時器，每個的編程范圍都是從32μs到2s，其間有122個步進。這些定時器可用于控制排序延時、復位脈沖展延以及看門狗定時器。12路漏極開路輸出可由片上的24宏單元CPLD驅動來使能DC-DC轉換器以實現排序、為CPU生成復位信號及驅動用于實現熱插拔功能的P溝道MOSFET。Power1014A還有兩個高壓(到12V)MOSFET驅動器通過N溝道使能電源、或實現軟啟動功能以及在負電壓電源上實現熱插拔功能。任何微處理器，借助片上的10位A/D轉換器、通過I2C總線可測量任一組電源電壓。該I2C總線還可用于監測電源比較器、輸入和輸出狀態。

　　可編程能力使電源管理標準化

　　通過簡單地再配置可編程器件，設計師可借助一個可編程電源管理器件實現全部特定PCB電源管理功能。相同的可編程器件可被用于多個PCB而不是采用多個單功能IC。因此，設計師可在整個設計內對單一可編程電源管理器件實施標準化。將電源管理功能整合進單一可編程電源管理器件并在多個PCB上利用同一器件，具有如下好處：

　　1. 縮小PCB體積、增加可靠性

　　將多個單功能IC集成進一個器件的主要好處是減小了PCB面積。減少的器件數及相應的互連走線縮小了PCB面積并降低了成本。從統計學角度看，減少了的器件數還增加了PCB的可靠性。

　　2. 滿足復雜電源管理需求的能力

　　當今PCB上所用的電源數在增加。另外，監測和控制功能的復雜性也在增加。因可編程電源管理器件整合了更多的電源監測輸入(與單功能IC比)以及可編程數字邏輯部分，所以這些器件更適合實現復雜的電源管理功能。另外，可編程性提供能快速調適以滿足改變的規范要求的靈活性。

　　3. 無需第二個供貨渠道

　　一般來說，第二渠道是為了規避因無法獲得器件造成生產延誤而采取的防范措施。一個典型系統實際上需來自不同供應商的多個小規模單功能器件的現實加劇了該需求。借助在所有PCB和項目中對單一可編程電源管理器件實施標準化，對既費時又浪費資源的第二渠道的需求可被顯著降低甚至徹底不再需要。

　　4. 降低總體系統成本

　　可編程電源管理器件一般來說比單獨的各單功能IC的總和價要便宜。另外，對系統內的多個PCB實施標準化電源管理，因批量加大折扣更高，又進一步降低了成本。

　　5. 可用軟件實現電源管理功能

　　在利用由軟件實現的可編程電源管理器件進行設計。典型情況，利用板上模擬器，軟件設計工具還支持對電源管理算法的驗證。因電源管理設計在投板前進行了完全驗證，所以一次性通過的機會很高，從而進一步加快了產品上市步伐。

　　本文小結

　　當今PCB上使用的電源數在持續增加，電源管理算法甚至也變得更加復雜。然而傳統過時的電源管理方案仍常常被用于這些對電源管理要求益發苛刻的應用，從而使PCB設計變得低效且昂貴、還常常因不得已的取舍而使結果留有缺憾。

　　本文針對這一復雜的電源管理問題提出了一種設計方案：采用可編程、混合信號電源管理器件。設計師可對“電源管理PLD”實施標準化并在整個系統PCB上都采用該器件，從而降低了成本、增加了可靠性并加快了產品上市速度。