系統(tǒng)管理IC滿足多電壓系統(tǒng)的監(jiān)控和排序要求

MAX6870六路電壓排序器/監(jiān)視器提供完全集成的解決方案，簡(jiǎn)化復(fù)雜的設(shè)計(jì)。這款EEPROM可配置器件在設(shè)置閾值、輸出結(jié)構(gòu)和時(shí)序延遲方面提供了極大的靈活性。

在大多數(shù)電子系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)電壓非常重要，以確保處理器和其他IC在上電期間保持復(fù)位，并檢測(cè)何時(shí)發(fā)生掉電情況。此監(jiān)視可最大程度地減少代碼執(zhí)行問題，這些問題會(huì)損壞內(nèi)存或?qū)е孪到y(tǒng)執(zhí)行不正確。在高端系統(tǒng)中，確保這些系統(tǒng)中許多電源的正確排序也至關(guān)重要。正確的排序可防止閂鎖條件，因?yàn)殚V鎖條件可能造成系統(tǒng)問題或損壞重要組件，例如微控制器 （μC）、DSP、ASIC 或微處理器 （μP）。通常，需要一個(gè)或多個(gè)監(jiān)控產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)此處所述的正確排序和監(jiān)控功能。

傳統(tǒng)上，其中許多功能都是通過上電復(fù)位和其他μP監(jiān)控電路實(shí)現(xiàn)的。近年來，隨著電源電壓數(shù)量的增加，執(zhí)行此任務(wù)所需的器件數(shù)量也在增加，從而增加了復(fù)雜性、成本和電路板空間消耗。

復(fù)雜系統(tǒng)的監(jiān)控和排序

監(jiān)視電源電壓的最簡(jiǎn)單方法是使用上電復(fù)位（POR）或電壓檢測(cè)器電路。這些器件可以監(jiān)視單個(gè)電壓或多個(gè)電壓。在監(jiān)控電源電壓上電并超過POR的電壓門限后，POR的輸出在指定時(shí)間段后才會(huì)取消置位。這允許系統(tǒng)時(shí)鐘穩(wěn)定，并在允許μC工作之前初始化系統(tǒng)啟動(dòng)例程。這些POR和電壓檢測(cè)器也可用于對(duì)電源進(jìn)行排序。將監(jiān)視一個(gè)穩(wěn)壓器的POR的輸出連接到下一個(gè)穩(wěn)壓器的關(guān)斷引腳（即以菊花鏈方式連接它們），一旦POR的時(shí)間延遲過后，一個(gè)穩(wěn)壓器將接一個(gè)接一個(gè)地出現(xiàn)。

隨著系統(tǒng)電源電壓數(shù)量的增加，需要電壓監(jiān)控器和監(jiān)控多個(gè)電壓的監(jiān)控器。然而，由于通常需要10到15個(gè)電壓來為復(fù)雜系統(tǒng)供電，因此通常需要多個(gè)這樣的器件。

使用多個(gè)主管時(shí)的挑戰(zhàn)

使用這種多主管方法有其自身的問題。一個(gè)問題是找到具有正確閾值的設(shè)備。雖然有許多標(biāo)準(zhǔn)電壓，如3.3、2.5、1.8、1.5和1.2V，但許多非標(biāo)準(zhǔn)電壓需要監(jiān)控。這需要外部電阻分壓器來設(shè)置監(jiān)控閾值。如果系統(tǒng)電源電壓發(fā)生變化（例如，降低ASIC的內(nèi)核電壓以降低功耗，或增加內(nèi)核電壓以增強(qiáng)ASIC的性能），則必須更改電阻值以適應(yīng)這些新電壓。獲得這種靈活性需要這些額外的外部電阻，從而增加電路板空間和成本。選擇正確的重置超時(shí)周期時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)同樣的問題。

當(dāng)系統(tǒng)必須提供特定的上電順序時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多個(gè)監(jiān)控器的另一個(gè)問題。當(dāng)大量電源電壓為系統(tǒng)供電時(shí)，上述菊花鏈技術(shù)可能無法處理各種電源出現(xiàn)時(shí)的時(shí)序。此外，隨著開發(fā)過程中排序要求的變化，改變電路以適應(yīng)這些以后的變化會(huì)變得有問題。

當(dāng)這些大型系統(tǒng)使用“銀盒”或“磚”電源時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)額外的排序問題。這些電源簡(jiǎn)化了電源設(shè)計(jì)，但在需要特定的上電順序時(shí)會(huì)帶來問題。例如，提供多個(gè)輸出電壓的磚式電源可能只有一個(gè)使能引腳。因此，其所有電源電壓在該引腳的控制下同時(shí)打開和關(guān)閉。具有多個(gè)使能（或關(guān)斷）輸入的磚式電源可以解決此問題。但是，如果多個(gè)IC共享相同的電源（例如，3.3V I/O邏輯電源和1.8V內(nèi)核電源），則兩個(gè)IC的要求可能會(huì)相互沖突。一個(gè)器件可能要求其內(nèi)核電源在其 I/O 電源之前啟動(dòng)，而第二個(gè)器件可能要求其電源以相反的順序排序。

此問題可以通過外部開關(guān)（如 MOSFET）來解決。對(duì)于低功耗應(yīng)用，可以使用p溝道MOSFET，它通常比n溝道MOSFET昂貴，但使用起來更簡(jiǎn)單。n 溝道 MOSFET 是高電流應(yīng)用的最佳選擇，因?yàn)槠漭^低的導(dǎo)通電阻可降低開關(guān)兩端的壓降。n溝道也可用于超低壓磁芯。然而，為了充分增強(qiáng)n溝道MOSFET，必須提供足夠高的電源電壓以提供合適的柵極-源極電壓。在沒有更高電壓的系統(tǒng)中，可以使用MAX6819/MAX6820電源排序器等IC來控制排序過程;這些器件的內(nèi)部電荷泵保證5V柵源電壓。對(duì)于某些系統(tǒng)來說，此壓降過高。因此，電路板設(shè)計(jì)人員有時(shí)會(huì)將穩(wěn)壓器數(shù)量增加一倍，以避免這種排序問題。

隨著電源電壓數(shù)量的增加，使用多個(gè)MAX6819/MAX6820電路即可工作。與使用多個(gè)POR時(shí)一樣，這些電源排序IC可以配置為以菊花鏈方式連接電源。然而，對(duì)于大量電壓，該解決方案需要許多分立IC，增加了整體系統(tǒng)成本并消耗過多的電路板空間。

保證金功能

監(jiān)控和排序電源電壓的能力對(duì)于提供高水平的可靠性至關(guān)重要。在許多大型復(fù)雜系統(tǒng)中，例如電信、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備中的系統(tǒng)，需要對(duì)關(guān)鍵組件進(jìn)行額外的測(cè)試。一個(gè)例子是裕量測(cè)試，它檢查系統(tǒng)的性能，因?yàn)槠潆妷簳簳r(shí)上下變化。裕量調(diào)節(jié)通常在系統(tǒng)開發(fā)過程中執(zhí)行，但也通常在制造過程中實(shí)施。裕量過程用于提高系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性。

電源電壓可以通過調(diào)整穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)輸入（用于穩(wěn)壓器模塊）、改變穩(wěn)壓器的反饋環(huán)路、調(diào)整“磚”電源的微調(diào)輸入或通過接口對(duì)穩(wěn)壓器進(jìn)行編程來調(diào)節(jié)。有不同程度的保證金控制。一種方法是“全有或全無”方法，其中供應(yīng)量增加/減少一些固定量（例如，±5%或±10%）。另一種更精確的方法以較小的步長(zhǎng)（例如，10mV或100mV）增加或降低電源電壓，以便更詳細(xì)地評(píng)估系統(tǒng)性能。為了在正常工作期間和裕量調(diào)節(jié)過程中獲得有關(guān)系統(tǒng)電壓的更多詳細(xì)信息，可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）來精確測(cè)量這些值。請(qǐng)注意，在裕量調(diào)節(jié)過程中需要禁用控制μC的POR，以防止系統(tǒng)復(fù)位。

在使用大型系統(tǒng)時(shí)，執(zhí)行這些裕度函數(shù)可能非常乏味。您可以使用多個(gè)監(jiān)控器設(shè)備來管理裕度調(diào)節(jié)過程，以及監(jiān)控和排序任務(wù)。但是，這種方法可能會(huì)有問題。除了IC的成本和消耗的額外電路板空間外，很難適應(yīng)電源電壓電平或這些電源的時(shí)序順序的變化。這是因?yàn)楸匾脑O(shè)計(jì)更改并非微不足道。

集成式系統(tǒng)管理設(shè)備

最大限度減少這些監(jiān)測(cè)和排序問題的一種方法是使用完全集成的EEPROM可配置系統(tǒng)管理器件，如MAX6870。這種類型的IC集成了監(jiān)控和排序系統(tǒng)電源所需的功能，并簡(jiǎn)化了裕量調(diào)節(jié)過程。MAX6870可靈活地改變多路輸入端的電壓門限;按任何順序?qū)敵鲞M(jìn)行排序;并將輸出結(jié)構(gòu)配置為推挽式、漏極開路或電荷泵增強(qiáng)型。此外，數(shù)字輸入和輸出可配置為高電平有效或低電平有效邏輯。此外，在裕量調(diào)節(jié)過程中，輸出可以禁用或設(shè)置為預(yù)定狀態(tài)。

圖1為MAX6870特性框圖。該器件的六個(gè)輸入可以監(jiān)控系統(tǒng)的各種電源電壓等任務(wù)。您可以為每個(gè)輸入編程的兩個(gè)閾值電平，以檢測(cè)兩個(gè)欠壓條件或一個(gè)欠壓和一個(gè)過壓條件（即窗口檢測(cè)器）。這些閾值電平通過 I 編程2C*接口并存儲(chǔ)在EEPROM配置中。您可以指定0.5V至5.5V的門限，增量為10mV和20mV，具體取決于您選擇的門限電壓范圍。一個(gè)輸入 IN1 可以監(jiān)視高達(dá) 13.2V 的電壓，因此可以直接監(jiān)視 12V 系統(tǒng)總線電壓（或更低）。第二個(gè)輸入 IN2 允許監(jiān)視第二個(gè)高壓或負(fù)電壓。其余輸入 IN3–IN6 監(jiān)視 0.5V 至 5.5V 電平的電源電壓。

圖1.該 IC 可以監(jiān)視多個(gè)電源并對(duì)其進(jìn)行排序，同時(shí)提供 ADC 讀取功能。內(nèi)部EEPROM允許輕松調(diào)整關(guān)鍵參數(shù)，如閾值、時(shí)序、邏輯依賴性和輸出結(jié)構(gòu)。

內(nèi)部多路復(fù)用器將六個(gè)檢波器輸入以及兩個(gè)輔助輸入路由到一個(gè)10位、精度為1%的ADC。ADC將這<>個(gè)輸入中每個(gè)輸入端的電壓的數(shù)字化版本寫入內(nèi)部寄存器?？赏ㄟ^ I2C接口，這些存儲(chǔ)的值通常用于裕量調(diào)節(jié)過程、調(diào)整電源輸出或檢查系統(tǒng)電壓的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。此外，通過使用兩個(gè)輔助輸入，您可以讀取兩個(gè)額外的電壓，例如電流檢測(cè)放大器或溫度傳感器的模擬輸出。

當(dāng) IN3–IN6 上的任何電壓超過 2.7V 的最小工作電壓或 IN1 超過 4V 時(shí)，該器件將工作。這些輸入中的任何一個(gè)都可以通過圖1所示的二極管為器件供電。

六個(gè)檢波器輸入和四個(gè)通用輸入 （GPI） 可以置位八個(gè)輸出中的任何一個(gè)，具體取決于可編程陣列邏輯中設(shè)置的連接。此外，輸出可以由器件的其他輸出或輸入和輸出信號(hào)的混合控制。每個(gè)輸出的時(shí)序延遲可獨(dú)立編程，并可存儲(chǔ)在IC的EEPROM中。

輸出也是可配置的。您可以將其設(shè)置為具有內(nèi)部或外部上拉的漏極開路輸出，或設(shè)置為推挽輸出，可在IC內(nèi)部連接到任何受監(jiān)控的電源電壓。所有輸出均可為低電平有效或高電平有效。此外，如上所述，輸入和輸出的不同組合可以驅(qū)動(dòng)特定的輸出;MAX6870的可編程陣列邏輯允許多種連接。例如，OUT2可以由IN2控制，也可以由OUT1控制。當(dāng)由 OUT1 信號(hào)上電的電源必須在由 OUT2 信號(hào)上電的電源之前啟動(dòng)時(shí)，這種類型的連接非常有用。

MAX6870還包括一個(gè)內(nèi)部電荷泵，允許OUT1–OUT4完全增強(qiáng)外部n溝道調(diào)整元件，無需額外的電源電壓。該器件的其他特性包括兩個(gè)看門狗定時(shí)器，具有可配置的看門狗超時(shí)和啟動(dòng)延遲。看門狗定時(shí)器的啟動(dòng)延遲功能在復(fù)位條件后提供較長(zhǎng)的延遲。這種延遲為系統(tǒng)初始化過程提供了額外的時(shí)間，允許上傳內(nèi)存和完全加載軟件例程。

手動(dòng)復(fù)位輸入允許測(cè)試技術(shù)人員手動(dòng)置位IC的所有輸出。器件的裕量輸入可用于將輸出鎖存于當(dāng)前狀態(tài)，以防止系統(tǒng)在裕量過程中復(fù)位。裕量輸入還可用于通過對(duì)相關(guān)的EEPROM寄存器進(jìn)行編程，將輸出設(shè)置為預(yù)定狀態(tài)。MAX6870還提供4kb用戶EEPROM，用于存儲(chǔ)串行板識(shí)別、電路板修訂歷史和其它編程信息等項(xiàng)目。

此外，MAX6870還包括配置寄存器和EEPROM配置。在項(xiàng)目的原型設(shè)計(jì)階段，可以將更新寫入配置寄存器以立即進(jìn)行更改。如果這些更改可以接受，則可以將它們寫入配置 EEPROM。要重新加載保存的EEPROM配置，可以通過軟件重新啟動(dòng)或完全硬件重新啟動(dòng)來重新啟動(dòng)系統(tǒng)。配置 EEPROM 在重新啟動(dòng)階段將其數(shù)據(jù)下載到配置寄存器。

MAX6870的評(píng)估板

為了簡(jiǎn)化MAX6870的配置過程，評(píng)估板允許您指向并點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)屏幕以加載正確的配置信息。每個(gè)屏幕都允許您配置設(shè)備的一部分，而無需參考寄存器表。屏幕允許您設(shè)置閾值電平、時(shí)序延遲、邏輯工作狀態(tài)（低電平有效/高電平有效）和邏輯輸入配置，以及配置輸出。

圖2所示為MAX6870評(píng)估軟件的主配置畫面。您可以單擊框圖中或選項(xiàng)卡上的塊。單擊其中一個(gè)塊允許您配置該特定塊。單擊選項(xiàng)卡會(huì)顯示特定于特定功能的屏幕。例如，當(dāng)您選擇電壓監(jiān)控器選項(xiàng)卡（圖3）時(shí)，出現(xiàn)的屏幕允許您輕松選擇閾值并配置輸入?；蛘?，單擊“輸出”選項(xiàng)卡（圖4）時(shí)，可以將輸出設(shè)置為漏極開路、推挽式或電荷泵增強(qiáng)型，并設(shè)置確定輸出狀態(tài)的邏輯項(xiàng)。

圖2.單擊相應(yīng)的框或選項(xiàng)卡以設(shè)置閾值、延遲、輸出配置和邏輯。

圖3.通過單擊電壓監(jiān)視器選項(xiàng)卡，您可以確定每個(gè)輸入是監(jiān)視兩個(gè)欠壓電平，還是監(jiān)視欠壓電平和一個(gè)過壓電平。您還可以設(shè)置閾值并選擇可以查看哪些數(shù)字化輸入。

圖4.通過單擊輸出選項(xiàng)卡，您可以將每個(gè)輸出配置為漏極開路、推挽式或電荷泵增強(qiáng)型。每個(gè)輸出都連接到IC的可編程邏輯陣列，可用于控制其他輸出。

完成設(shè)備的配置后，可以將配置數(shù)據(jù)保存在其EEPROM中。此外，此數(shù)據(jù)可以保存到可以加載到另一臺(tái)設(shè)備的文件中。當(dāng)然，您可以通過I直接寫入所有配置寄存器和配置EEPROM2C 接口。MAX6870的數(shù)據(jù)資料提供了所需的值。但是，使用此方法會(huì)花費(fèi)更多時(shí)間并增加出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。

審核編輯：郭婷