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數(shù)字電源管理可在改善系統(tǒng)性能的同時又可降低能源成本

發(fā)布時間:2021-06-02 來源:Andy Gardner 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】今天的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)計師面臨著開發(fā)時間迅速縮短和成本受到嚴(yán)格限制的壓力,但是人們?nèi)匀黄谕麄兡芡黄菩阅芟拗疲⒃黾庸δ?。越來越多的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能需要增加 ASIC 和處理器,而每個 ASIC 和處理器都需要幾種電壓軌,從而導(dǎo)致出現(xiàn)了具有幾十種軌電壓的線路卡。電壓軌如此之多帶來的挑戰(zhàn)是,優(yōu)化硬件利用率,以最大限度地降低總體功耗。
 
為了滿足這種需求,數(shù)字電源管理作為復(fù)雜的高可靠性應(yīng)用之關(guān)鍵組件正在快速出現(xiàn)。數(shù)字電源管理允許通過基于PC的軟件工具,高效率地對復(fù)雜的多軌系統(tǒng)進行調(diào)試,從而可避免耗費大量時間更改硬件。相比于傳統(tǒng)的硬件 ECN 方法,基于軟件的線路內(nèi)測試 (ICT) 以及電路板開發(fā)與運行狀況檢驗工作大為簡化,這是因為固件變更可在 PC 上完成,而無需接觸電路板。數(shù)字電源管理為設(shè)計師提供了實時遙測數(shù)據(jù)和故障記錄,從而能實現(xiàn)電源系統(tǒng)故障的快速診斷,并迅速采取糾正行動。
 
也許最有意義的是,具有數(shù)字管理功能的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器允許設(shè)計師開發(fā)“綠色”電源系統(tǒng),這類電源系統(tǒng)在滿足系統(tǒng)性能目標(biāo) (計算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等等) 的同時,還能優(yōu)化能源利用率。優(yōu)化可以在負載點、電路板和機架上,甚至在安裝階段進行,從而同時降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和產(chǎn)品在整個壽命期內(nèi)的總體擁有成本。
 
本文探討了在網(wǎng)絡(luò)交換機和路由器、基站和服務(wù)器、以及工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備中,怎樣通過使用 LTC2974 四通道數(shù)字電源管理 IC 來改善性能、可靠性和能效。
 
數(shù)字電源管理可在改善系統(tǒng)性能的同時又可降低能源成本
圖 1:具備 EEPROM 的四通道電源控制器 (僅顯示了一個通道)
 
●     PMBus INTERFACE:PMBus 接口
●     TO/FROM OTHER DEVICES:至/自其他器件
●     TO uP RESETB INPUT:至微處理器的復(fù)位 B 輸入
●     WATCHDOG TIMER INTERRUPT:看門狗定時器中斷信號
●     DC/DC CONVERTER:DC/DC 轉(zhuǎn)換器
●     * SOME DETIALS OMITTED FOR CLARITY:* 為清晰起見,省略了一些細節(jié)
●     ONLY ONE OF FOUR CHANNELS SHOWN:僅顯示了 4 個通道之中的 1 個
●     **LTC2974 MAY ALSO BE POWERED DRIECTLY FROM EXTERNAL 3.3V SUPPLY
●     ** LTC2974 也可以直接由外部 3.3V 電源供電
 
對任何數(shù)量的電源排序;隨意增加電源
 
LTC2974 簡化了任何數(shù)量電源的排序。通過使用一種基于時間的算法,用戶能以任何順序、動態(tài)地為電源的接通和斷開排序。利用單線共享時鐘總線以及一個或多個雙向故障引腳也可以跨多個 LTC2974 排序 (參見圖 2)。這種方法極大地簡化了系統(tǒng)設(shè)計,因為通道能按照任何順序排序,而不管由哪一個 LTC2974 提供控制。任何時間都可增加額外的 LTC2974,而不必擔(dān)心系統(tǒng)限制,例如子卡連接器引腳供應(yīng)受限。
 
數(shù)字電源管理可在改善系統(tǒng)性能的同時又可降低能源成本
圖 2:僅用兩條連接,就可以無縫地級聯(lián)多個 LTC2974
 
●     SEQUENCE SUPPLIES UP IN ANY ORDER:以任何順序為電源加電排序
●     INDIVIDUAL MARGINING FOR ALL SUPPLIES:所有電源都可以單獨進行裕度調(diào)節(jié)
●     SEQUENCE SUPPLIES DOWN IN ANY ORDER:以任何順序為電源斷電排序
●     0.5V/DIV:每格 0.5V
●     AC-COUPLED:AC 耦合
 
加電排序可由各種條件響應(yīng)觸發(fā)。例如,當(dāng)下游 DC/DC POL 轉(zhuǎn)換器的中間總線電壓超過特定接通電壓時,LTC2974 就可以自動排序?;蛘?,接通排序可以由控制引腳輸入的上升或下降沿啟動。該器件還可提供響應(yīng)故障情況的立即斷開或斷開排序。排序還可以由簡單的 I2C 命令啟動。LTC2974 支持這些條件的任意組合。
 
堅固的系統(tǒng)需要通用故障管理
 
雙向故障引腳可用來建立通道之間故障響應(yīng)的相關(guān)性。例如,如果發(fā)生短路,那么一個或多個通道的接通排序可以終止。電壓和電流監(jiān)察器的限制門限和響應(yīng)時間的過大和過小值都是可編程的。此外,還可監(jiān)視輸入電壓、芯片溫度和 4 個外部二極管的溫度。LTC2974 可以設(shè)定為,如果這些量之中的任意一個超過了它們的過大或過小值的限制,那么 LTC2974 就以若干種方式做出響應(yīng),包括立即鎖斷、抗尖峰干擾鎖斷和具重試功能的鎖斷。
 
還可用集成的看門狗定時器來監(jiān)視外部微控制器。有兩種超時時間間隔可用:第一次看門狗時間間隔和接續(xù)時間間隔。這使得有可能在一確定電源良好信號以后,就為微控制器規(guī)定較長的超時時間間隔。LTC2974 可以配置為,如果發(fā)生看門狗故障,就使微控制器在預(yù)先確定的時間長度內(nèi)處于復(fù)位狀態(tài),之后重新確定電源良好輸出。
 
利用準(zhǔn)確的電壓監(jiān)視來改善制造良率
 
隨著電壓降至低于 1.8V,很多現(xiàn)成有售的模塊在隨溫度變化滿足輸出電壓準(zhǔn)確度的要求方面都會遇到麻煩。現(xiàn)在,低于 ±10mV 的絕對準(zhǔn)確度要求是常見的,從而必須在制造過程中微調(diào)輸出電壓,這是一個耗費大量時間的過程。
 
原始設(shè)備制造商 (OEM) 必須給測試留出裕度,以確保面對不斷漂移的軌電壓,交付可靠的系統(tǒng),這可能導(dǎo)致極大地影響制造良率。解決這一問題有一種好得多的辦法,即接受電源模塊不準(zhǔn)確這個現(xiàn)實,使系統(tǒng)能在現(xiàn)場自我微調(diào)。LTC2974 的數(shù)字伺服環(huán)路從外部微調(diào)該模塊的輸出電壓,使其準(zhǔn)確度隨溫度變化好于 ±0.25% (參見圖 3),從而最大限度地減少了軌電壓漂移。除了改善制造良率,該數(shù)字伺服環(huán)路避開了模塊準(zhǔn)確度限制,使給電源模塊供電變得更容易了。
 
數(shù)字電源管理可在改善系統(tǒng)性能的同時又可降低能源成本
圖 3:LTC2974 可在整個溫度范圍內(nèi)提供卓越的電壓伺服準(zhǔn)確度
 
●     ERROR:誤差
●     THREE TYPICAL PARTS:3 款典型器件
●     TEMPERATURE:溫度
 
堅固的系統(tǒng)得自非常容易的裕度調(diào)節(jié)
 
LTC2974 的數(shù)字伺服環(huán)路10 位 DAC 在為 Shmoo 繪圖等應(yīng)用保持高分辨率的同時,還允許用戶在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電源裕度。裕度調(diào)節(jié)是用單條命令通過 I2C 接口控制的,而且裕度調(diào)節(jié) DAC 的輸出連接到反饋節(jié)點,或通過一個電阻器微調(diào) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入。這個電阻器的值針對允許的輸出電壓裕度調(diào)節(jié)范圍設(shè)定了硬件限制,這對于軟件控制之下的電源是一項重要的安全措施。
 
 
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