电源管理 IC 以数字方式监视和控制 8 个电源

    引言

    当今的高可靠性系统需要采用复杂的数字电源管理解决方案对大量的电压轨进行排序、监控、监视和裕度调节。的确，如今一块应用电路板具有几十个电压轨的情况并不少见，这些电压轨各具自己独特的要求。通常，面向这些系统的电源解决方案要求把多个受控于一个 FPGA 或微控制器的分立器件散布在电路板的周围，以对电源阵列进行排序、监控、监视和裕度调节。在此类方案中，开发必要的固件需耗费大量的时间，而低估这项任务的复杂性与完成周期的倾向是普遍存在的。

    具 EEPROM 的 LTC®2978 8通道数字电源管理器可为电源系统设计人员提供一款集成型模块化解决方案，其调试时间和工作量相比于微控制器解决方案有所减少。LTC2978 能够对多达 8 个电源进行接通和关断排序、监视、监控、裕度调节及修整。采用单线式共享时钟总线及一个或多个双向故障引脚，可以容易地级联多个 LTC2978 (图 1 示出了一种典型应用)。

 
图 1：LTC2978 的典型应用电路

    此外，LTC2978 还使用了一个受保护的非易失性存储器，用于记录发生关键性系统故障时的系统电压和故障信息。通过把关键性的系统数据保存于非易失性存储器中，用户就能在系统开发、测试调试或故障分析的过程中发现故障电压轨并隔离电路板故障的成因。

    LTC2978 采用了业界标准的 PMBus 命令协议，旨在简化固件开发。不过，LTC2978 最重要的特性是其高精度集成型基准和 15 位ΔΣ ADC 可在测量或调节电源电压时提供 ±0.25% 的绝对准确度。

    LTC2978 赢得成功的关键在于凌力尔特的 LTpowerPlay^TM，这是一种免费的可下载图形 PC 界面，可在设计与测试过程中方便与器件的互动。LTpowerPlay 为使用 LTC2978 的特性提供了一种简单易用却功能强大的配置工具。另外，LTpowerPlay 设计工具还将支持凌力尔特公司今后推出的数字电源管理器件。

    借助精准的裕度测试来改善制造良率

    系统电压的裕度测试是根除高可靠性系统中早期故障的一种有效的方法。通常情况下，为了保证在测系统拥有在现场可靠操作的足够坚固性，电压的裕度至少为 ±5%。然而，视系统容限的不同，这种方法会导致过多的测试失败 (test fallout)。假如上述的电源电压容限严紧一点的话，那么这些测试不合格中有很多本来是可以避免的。

    凭借其高精度基准、多路复用 15 位 ADC、8 个裕度 DAC 和集成伺服算法，LTC2978 为应对这一问题提供了一种使用较为简单但功能十分强大的解决方案。通过简单地写入一个用于修整或裕度调节至某个特定电压的 I2C 命令，LTC2978 便可在规定的软件和硬件限制范围内调节 DC/DC 负载点转换器，以提供绝对准确度达 ±0.25% 的命令输出电压。

    裕度 DAC 输出通过一个电阻器连接至 DC/DC POL 转换器的反馈节点或修整输入。该电阻器的阻值设定了输出电压的裕度调节范围限值，这是软件控制型电源的一个重要的限制因素。10 位裕度 DAC 的另一个显着的优势是其能在进行电压裕度调节时实现非常精细的分辨率。这使其能够从故障测试中提取有用的数据，这与在垃圾桶里堆满了故障板却又没有对其彻底了解的情况截然相反。

    灵活的电源排序和故障管理

    许多传统的电源排序解决方案依赖于比较器和菊链式 PCB 接线。虽然这种方法对于少数电源而言实现起来相对容易，但随着电压轨数目的增加，使其复杂性迅速攀升，而且面对规格的变更会导致灵活性相对欠佳。另外，运用这种方法实现关断排序也是极为困难的。

    无论电源的数目多少，LTC2978 均可使其排序变得容易。通过采用一种基于时间的算法，用户能够以任意顺序进行接通和关断的动态排序 (见图 2)。多个 LTC2978 的排序也可使用单线式共享时钟总线及一个或多个双向故障引脚来实现。由于能以任意顺序进行通道的排序 (而与由哪一个 LTC2978 提供控制无关)，因此该方法极大地简化了系统设计。而且，以后还可增加更多的 LTC2978，而无需担心诸如子板卡连接器引脚的电源受限等系统限制条件。

 
图 2：排序及裕度调节实例

    接通排序可应多种条件而被触发。例如：当下游 DC/DC POL 转换器的中间总线电压超过某个特定的接通电压时，LTC2978 将执行自动排序。或者，接通排序也能够应控制引脚输入的上升沿或下降沿而启动。另外，排序还可利用一个简单的 I²C 命令来启动。LTC2978 支持这些条件的任意组合。

    双向故障引脚可用于通道之间各种不同的故障响应相关性。比如：在发生短路的情况下，可以中断一个或多个通道的接通排序。当某个电源轨上电时，欠压监控器功能将被启用 (过压功能始终处于启用状态)。电压监控器的过压和欠压门限以及响应时间都是可编程的。此外，还对输入电压和温度进行了监视。如果这些参数中的任一种超过其“过 / 欠”限值，则客户可从众多的故障响应中进行选择。具体的实例包括立即锁断、去抖动锁断以及具重试功能的锁断。

    该器件内置了一个集成型看门狗定时器，用于对外部微控制器实施监控。可提供两种超时间隔：初始看门狗间隔和后续间隔。这使得能够在紧接着电源良好信号被置为有效之后为微控制器规定一个较长的超时间隔。倘若发生看门狗故障，则可把 LTC2978 配置为在一个预定的时间之内使微控制器复位，而后重新将电源良好输出置为有效。

    多层面的远端采样 (Multifaceted Telemetry)

    LTC2978 在其寄存器中预备了多种远端采样数据。多路复用的 15 位ΔΣ ADC负责监视输入和输出电压及片内温度，并存储所有电压和温度读数的最小值与最大值。此外，还可对用于奇数输出通道的 ADC 输入进行重新配置，以测量检测电阻器电压。在此模式中，该 ΔΣ ADC 能够分辨低至 15.3μV 的电压，当试图利用电感器 DCR 电路来测量电流时，这一点是宝贵的。

    虽然 LTC2978 可依靠一个 3.0V 至 3.6V 电源直接供电，但 ADC 能接受高达 6V 的输入电压 —— 无需担忧体二极管或极不稳定的待机电源电压。而且，利用其内部稳压器，LTC2978 还能够依靠一个 4.5V 至 15V 的输入电源来运行。提供了一个单独的高电压 (最大值为 15V) 检测输入，用于测量受控于 LTC2978 的 DC/DC POL 转换器的输入电源电压。

    黑匣子数据记录器

    当某个通道因故障响应而被停用时，LTC2978 的数据日志可被转储至受保护的 EEPROM 中。这个 255 字节的数据块将被保存在 NVM (非易失性存储器) 之中，直到由 I2C 命令将其清除为止。该数据块包含了故障发生之前 500ms 的输出和输入电压及温度数据，还有对应的最小值与最大值。另外，自上一次系统复位之后的状态寄存器值和总的正常运行时间也存储在数据日志之中。

    数据日志的内容可采用 LTpowerPlay设计工具查看。这样，LTC2978 便提供了在关键性故障发生前一刻电源系统的完整瞬间状态信息，从而可在故障发生之后很好地查出故障的成因。对于首批样机的调试及现场故障而言，这是一项非常宝贵的特性。

    图形用户界面和 PMBus

    凌力尔特公司基于 PC 的易用型 LTpowerPlay 图形用户界面 (GUI) 允许用户通过一块 USB 至 PMBus 接口板对 LTC2978 进行在线配置和编程 (见图 3)。该 GUI 免费且可下载，免除了开发过程中大量的代码编写工作，并通过允许设计人员在一个直观框架内配置所有器件参数以加快产品的上市进程。一旦选定了器件配置，设计人员即可把参数保存在一个文件中，并与一个 BPM Micro 编程器一起发送给合同制造商或授权分销商进行预编程。

 
图 3： LTpowerPlay 交互式 GUI

    LTC2978 采用业界标准的 PMBus 接口协议，该协议是 I²C 兼容型 SMBus 标准的一个扩展集。PMBus 是一种开放式且被广泛采用的标准，它明确定义了用于单独 DC/DC POL 转换器的数字电源管理协议。LTC2978 支持大量的 PMBus 命令。另外，该器件还具有一些 DC/DC 转换器制造商的专用命令，旨在保持低复杂性和高通用性。

    结论

    凭借其前所未有的参数准确度、丰富的特性集和模块化架构，LTC2978 成为一款适合管理各种终端市场中众多 DC/DC POL 转换器的理想解决方案，从医疗、工业、计算机、视频和通信到消费类等一应俱全。

    业界标准的 PMBus 接口、功能强大的 LTpowerPlay GUI 和集成型 EEPROM 使得能够针对所有应用进行 LTC2978 的客户化设计。设计人员可采用基于 PC 的图形界面来配置器件，并将器件的配置上传至凌力尔特公司。据此，凌力尔特就能提供针对特定应用而定制的即用型预编程器件。

    LTC2978 的其他特点包括一个集成型高精度基准、一个多路复用15位 ΔΣ ADC、8 个 10 位电压缓冲 DAC、8 个具可编程门限和响应时间的过压和欠压 10 位电压监控器、以及一个用于存储配置参数和故障记录信息的集成型 EEPROM。LTC2978 采用 64 引脚 9mm x 9mm QFN 封装。