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數(shù)字電源管理可在改善系統(tǒng)性能的同時(shí)又可降低能源成本

發(fā)布時(shí)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(jì)師面臨著開發(fā)時(shí)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?，并增加功能。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(gè) 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(duì)復(fù)雜的多軌系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，從而可避免耗費(fèi)大量時(shí)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(yùn)行狀況檢驗(yàn)工作大為簡化，這是因?yàn)楣碳兏稍?PC 上完成，而無需接觸電路板。數(shù)字電源管理為設(shè)計(jì)師提供了實(shí)時(shí)遙測數(shù)據(jù)和故障記錄，從而能實(shí)現(xiàn)電源系統(tǒng)故障的快速診斷，并迅速采取糾正行動(dòng)。
 
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(jì)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(jì)算速度、數(shù)據(jù)傳輸速率等等） 的同時(shí)，還能優(yōu)化能源利用率。優(yōu)化可以在負(fù)載點(diǎn)、電路板和機(jī)架上，甚至在安裝階段進(jìn)行，從而同時(shí)降低了基礎(chǔ)設(shè)施成本和產(chǎn)品在整個(gè)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(jī)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(shí)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(gè)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(shí)器中斷信號(hào)
●     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(xì)節(jié)
●     ONLY ONE OF FOUR CHANNELS SHOWN：僅顯示了 4 個(gè)通道之中的 1 個(gè)
●     **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(duì)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(shí)間的算法，用戶能以任何順序、動(dòng)態(tài)地為電源的接通和斷開排序。利用單線共享時(shí)鐘總線以及一個(gè)或多個(gè)雙向故障引腳也可以跨多個(gè) LTC2974 排序 （參見圖 2）。這種方法極大地簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，因?yàn)橥ǖ滥馨凑杖魏雾樞蚺判?，而不管由哪一個(gè) LTC2974 提供控制。任何時(shí)間都可增加額外的 LTC2974，而不必?fù)?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(shí)又可降低能源成本
圖 2：僅用兩條連接，就可以無縫地級(jí)聯(lián)多個(gè) LTC2974
 
●     SEQUENCE SUPPLIES UP IN ANY ORDER：以任何順序?yàn)殡娫醇与娕判?/div>
●     INDIVIDUAL MARGINING FOR ALL SUPPLIES：所有電源都可以單獨(dú)進(jìn)行裕度調(diào)節(jié)
●     SEQUENCE SUPPLIES DOWN IN ANY ORDER：以任何順序?yàn)殡娫磾嚯娕判?/div>
●     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(shí)，LTC2974 就可以自動(dòng)排序?；蛘撸油ㄅ判蚩梢杂煽刂埔_輸入的上升或下降沿啟動(dòng)。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(dòng)。LTC2974 支持這些條件的任意組合。
 
堅(jiān)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(gè)或多個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(shí)器來監(jiān)視外部微控制器。有兩種超時(shí)時(shí)間間隔可用：第一次看門狗時(shí)間間隔和接續(xù)時(shí)間間隔。這使得有可能在一確定電源良好信號(hào)以后，就為微控制器規(guī)定較長的超時(shí)時(shí)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(shí)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(huì)遇到麻煩。現(xiàn)在，低于 ±10mV 的絕對(duì)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(gè)耗費(fèi)大量時(shí)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(duì)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(gè)現(xiàn)實(shí)，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(shí)又可降低能源成本
圖 3：LTC2974 可在整個(gè)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(jiān)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(shí)，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(diǎn)，或通過一個(gè)電阻器微調(diào) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入。這個(gè)電阻器的值針對(duì)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(duì)于軟件控制之下的電源是一項(xiàng)重要的安全措施。
 
 
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