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电源管理2.0

Power Management 2.0
Posted 08/01/2017 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。

在前5篇博客中我们分享的解决方案都需要一定的妥协,以求在性能、灵活性和可靠性与成本、复杂性和设计难度之间实现平衡。随着电路板尺寸越来越大,变得越来越复杂,所需的设计权衡变得越来越难以为继,电路板电源管理部分的灵活性和可控性经受的制约越来越严重。这样一来,电路板的启动时间大大增加。我们需要全新的解决方案将现有方案中最好的部分结合到一起,实现灵活、可靠和低成本的统一架构。

分布式电源管理架构通过使用低成本模拟传感和控制(ASC)电源管理元件让设计工程师不用再苦恼于电路板设计中的这些权衡。上述器件可与现有的CPLD结合使用,实现所有的硬件管理功能,如电源和温度管理以及控制路径和内务处理功能。

莱迪思L-ASC10是一款具有电源、温度和控制路径子块的硬件管理扩展器。它可以与控制PLD一起使用,如我们的低成本MachXO2MachXO3系列,为电路板实现硬件管理功能。

The L-ASC10 Remote Sensing and Controlling Element
L-ASC10远程传感和控制元件

L-ASC10 提供三种模拟传感通道:

  • 10个电压传感通道(9个标准电压通道和1个高电压通道)
  • 2个电流传感通道(1个标准电压通道和1个高电压通道)
  • 3个温度传感通道(2个外部和1个内部)

它还提供3种控制输出:

  • 9个开漏输出,用于使能DPOL和APOL
  • 4个MOSFET驱动器,驱动2个或更多负载IC,以满足其时序要求
  • 4个DAC,用于实现APOL的微调和裕度功能

每个模拟传感通道都通过2个独立可编程的高精度比较器进行监控,支持过低/过高/窗口-比较监控功能。在ASC和控制PLD之间通过一根3线串行总线(TX / RX / Ck)实现通信,使得CPLD中的硬件算法逻辑能够可靠地读取电源、电流和温度的状态,实现可靠的电路板电源管理功能。

A Hardware Management System Implemented Using ASCs and MachXO2/3
使用ASC和MachXO2/3实现的硬件管理系统

使用一根串行总线监视和控制多个电源可大大减少所需的PLD I/O。在分布式硬件管理架构中,控制PLD使用多个外部ASC器件来监控电源电压,将“Enable”/“Disable”指令发送到DC-DC电源,并执行其他内务处理功能。

优点:

  • 普通3线总线需要的控制PLD I/O引脚数量最少
  • 简化的PCB走线可减少电路板拥塞的问题
  • 整套系统可以在单一设计环境(GUI或VHDL / Verilog)中实现
  • 高度可扩展的分布式架构——可以重复使用同一个设计来加快产品上市进程
  • 通过ASC内集成的电压、电流和温度监控功能降低解决方案成本
  • 组合功能减少设计用时
  • 通过莱迪思的标准电源调试工具减少电路板调试时间

随着板级系统日趋复杂,用于电路板电源管理部分的设计和调试所占的人力和BOM成本已不成比例。使用控制PLD和ASC来实现所有电源管理功能有助于缓解这种“复杂程度的噩梦”,而且不会增加成本或拖慢上市进程。

全新的电源管理方法:通过3线串行高速链路将控制PLD与低成本传感元件相连的分布式硬件管理架构可降低设计复杂性、电路板空间要求和BOM成本。该架构可通过模拟和数字设计工程师各种常用的工具来实现。

现如今复杂的ASIC/SOC/CPU功耗、温度和控制路径功能需要以协调一致的方式进行管理,让电路板能够以最佳的状态工作。传统使用分立元件构建的解决方案面临着各种权衡,会导致设计和调试用时的增加,有时甚至导致无法重现的电路板故障,并会在大规模生产过程中偶尔出现行。这种全新的硬件管理系统解决了传统方案中存在的所有缺点,并提供适用于各类应用的最佳解决方案,使电路板设计更易于实现、调试和重复使用。

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