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使用控制PLD实现电源管理

Power Management with a Control PLD
Posted 08/17/2016 by Shyam Chandra

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在这个6篇博客组成的系列中,我们着眼于为当今复杂的电路板设计实现高效的电源管理架构时所遇到的挑战。

本系列博客首篇的重点探讨的是日趋复杂的现代电路板设计中的一些问题。特别是目前先进电路板的复杂设计导致在设计高效电源管理系统时面临诸多挑战。在本篇博客中,我们将着眼于一种用于实现电路板电源管理功能的常见架构,以及它如何解决上述挑战。

在这种首选的架构中,控制PLD执行4项关键电源管理任务中的三项:

  1. 监控“Power Good”信号——控制PLD持续监控每个DC-DC转换器的“Power Good”数字信号。
  2. 管理“上电/断电”——控制PLD发出“使能”信号,驱动DC-DC转换器实现“上电/断电”时序。
  3. 发送控制信号——为负载器件生成电源相关的控制信号(复位、电源正常等),确保负载器件能够在上电时正常工作,并在断电时终止运行。

A Power Management system implemented using a Control PLD
图1:使用控制PLD实现的电源管理架构

优点:

  • 低成本
  • 直观的架构使得控制PLD的时序逻辑能够根据复杂程度不同的应用进行调整。
  • 使用同一个设计环境(通常是VERILOG/VHDL)实现设计。可以简化电源管理功能集成和控制信号生成。
  • 基于时间和/或基于事件的时序支持针对不同的故障快速做出响应。

缺点:

  • 每个电源到核心控制PLD需要两条连接,要求控制PLD的I/O数量以及电路板密集度都很高。
  • 因为来自DC-DC转换器的“Power Good”故障侦测信号不精确(典型为8%到20%的错误率),导致可靠性降低。
  • 添加遥测(监控实际电源电压,对系统级电压测量指令做出响应)需要额外的A/D转换器。
  • 需要拥有专业电源管理经验的电路板级工程师支持。

使用现有的板上控制PLD实现所有控制功能能够缩减BOM,降低成本并简化设计。虽然如此,由于要求控制PLD的尺寸要大,以满足不断增长的I/需求和某些设计需要的额外A/D转换器,可能节约的成本也就此抵消了。不过,挑战并不止这些。更高密集度的电路板布局问题,不精确“Power Good”信号导致的调试问题以及对于专业团队的需求是该解决方案并非最为理想的几个原因。

在下一篇博客中,我们将探讨一种混合架构,电源管理设计使用专用的电源管理器IC,控制PLD执行内务处理功能以解决上述架构中的欠缺之处。

点击链接了解更多有关电源管理器产品以及开发套件和开发板的信息。

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