ADM1266芯片解決電源排序系統(tǒng)的復(fù)雜性問(wèn)題

簡(jiǎn)介

電子系統(tǒng)在所有行業(yè)中變得越來(lái)越復(fù)雜已經(jīng)不是什么秘密了。這種復(fù)雜性如何滲透到電源設(shè)計(jì)中并不那么明顯。例如，通常通過(guò)使用ASIC，FPGA和微處理器來(lái)解決功能復(fù)雜性，以便以更小的形式因子來(lái)豐富應(yīng)用特征集。這些設(shè)備為電力系統(tǒng)提供不同的數(shù)字負(fù)載，需要在各種功率水平范圍內(nèi)提供各種電壓軌，每個(gè)電壓軌具有高度個(gè)性化的軌道容差。同樣，正確的電源啟動(dòng)和關(guān)閉順序非常重要。電路板上電壓軌數(shù)量的增加使得電源系統(tǒng)序列設(shè)計(jì)和調(diào)試隨著時(shí)間的推移呈指數(shù)級(jí)復(fù)雜化。

可擴(kuò)展性

應(yīng)用板所需的電壓軌數(shù)量是董事會(huì)復(fù)雜性的一個(gè)功能。電源設(shè)計(jì)人員可能面對(duì)僅需要10個(gè)電壓軌的電路板，以及需要200個(gè)電壓軌的電路板。音序器設(shè)備通常在16個(gè)軌道上方占優(yōu)勢(shì)，并且設(shè)計(jì)為可以輕松應(yīng)用到該數(shù)量。一旦軌道數(shù)量超過(guò)單個(gè)定序器支持的數(shù)量，復(fù)雜性就會(huì)迅速增加，需要設(shè)計(jì)人員了解每個(gè)定序器的變化，以及如何在復(fù)雜系統(tǒng)中進(jìn)行組合。

通常，多個(gè)定序器在高計(jì)數(shù)電壓軌系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)，這是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)。在級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中，復(fù)雜性隨著電壓軌數(shù)量的線性增加呈指數(shù)增長(zhǎng)。設(shè)計(jì)人員采用了級(jí)聯(lián)定序器的創(chuàng)新方法來(lái)降低復(fù)雜性，例如使用乒乓機(jī)制或通過(guò)專用數(shù)字信號(hào)共享故障和電源良好狀態(tài)。雖然這些解決方案足夠用于相對(duì)簡(jiǎn)單的序列，但它們很快就會(huì)在偏離簡(jiǎn)單上電/斷電排序的系統(tǒng)中變得難以維持。

ADM1266通過(guò)真正的可擴(kuò)展性解決了復(fù)雜性問(wèn)題。它是ADI超級(jí)序列發(fā)生器?系列器件的最新成員。連接多個(gè)ADM1266設(shè)備需要使用專用的雙線設(shè)備總線（IDB）進(jìn)行通信。每個(gè)ADM1266都能夠監(jiān)控和排序17個(gè)電壓軌，只要所有設(shè)備連接到相同的IDB，就可以并聯(lián)多達(dá)16個(gè)ADM1266設(shè)備來(lái)監(jiān)控和排序257個(gè)電壓軌。

ADM1266使用單個(gè)主器件，其中ADM1266器件作為從器件。這些器件采用并行架構(gòu)，其中連接到IDB的每個(gè)ADM1266都轉(zhuǎn)換到相同的下一個(gè)狀態(tài)，具體取決于系統(tǒng)條件，確?？偩€上的每個(gè)ADM1266都處于同步狀態(tài)?？偩€通信是透明的，因此設(shè)計(jì)人員的體驗(yàn)與為16個(gè)ADM1266器件創(chuàng)建單個(gè)ADM1266的序列相同。該系統(tǒng)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)人員只需要學(xué)習(xí)如何將一個(gè)設(shè)備用于簡(jiǎn)單和復(fù)雜的設(shè)計(jì)，從而消除不同設(shè)備的多個(gè)學(xué)習(xí)曲線。級(jí)聯(lián)多個(gè)設(shè)備就像將它們連接到相同的IDB一樣簡(jiǎn)單，如圖1所示。

基于事件的排序

現(xiàn)代序列發(fā)生器必須做的不僅僅是監(jiān)視電壓軌，它們還必須對(duì)數(shù)字信號(hào)作出反應(yīng)。傳統(tǒng)的基于時(shí)間的序列發(fā)生器具有固定的信號(hào)，具有專用的結(jié)果和有限的功能。

讓我們舉一個(gè)帶有可選子板的主板的例子。由定序器監(jiān)視子卡檢測(cè)信號(hào)：當(dāng)存在該信號(hào)時(shí)，定序器調(diào)出子卡上存在的電壓軌;當(dāng)信號(hào)不存在時(shí)，定序器繼續(xù)主板順序程序，以電源良好狀態(tài)結(jié)束。在大多數(shù)傳統(tǒng)的定序器上不能獲得這種子卡檢測(cè)信號(hào)。此外，此類要求會(huì)根據(jù)應(yīng)用而變化，并可通過(guò)通用輸入輸出引腳（GPIO）進(jìn)行尋址。

另一個(gè)示例涉及為ASIC和FPGA供電，其中系統(tǒng)要求ASIC完全在FPGA上電之前上電并運(yùn)行。在這種情況下，定序器按順序調(diào)出ASIC電源，然后等待來(lái)自ASIC的數(shù)字電源良好信號(hào)。一旦ASIC電源良好信號(hào)被置位，它就會(huì)在繼續(xù)為FPGA供電之前等待100 ms。需要基于事件的定序器來(lái)生成此復(fù)雜序列。在具有多個(gè)定序器的系統(tǒng)中，重要的是一個(gè)設(shè)備上的事件信息與電路板上的其他設(shè)備共享，以便它們協(xié)同工作。

電壓監(jiān)視器OV和UV比較器，數(shù)字信號(hào)如來(lái)自IDB的GPIO和PDIO，定時(shí)器，變量和消息都會(huì)進(jìn)入功能豐富的ADM1266序列引擎并觸發(fā)事件。用戶可以輕松創(chuàng)建復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，監(jiān)視各種事件并采取適當(dāng)?shù)拇胧?/p>

加速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)上，使用單個(gè)定序器設(shè)計(jì)電源排序系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)與需要多個(gè)定序器的系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)大不相同。也就是說(shuō)，具有16個(gè)電壓的單個(gè)定序器的設(shè)計(jì)通常很簡(jiǎn)單：設(shè)計(jì)人員使用軟件圖形用戶界面（GUI）來(lái)配置每個(gè)電壓軌及其排序。該過(guò)程通常是針對(duì)16個(gè)軌道重復(fù)的手動(dòng)選擇/設(shè)置過(guò)程?，F(xiàn)在設(shè)想一個(gè)帶有五個(gè)音序器和80個(gè)軌道的設(shè)計(jì)。使用GUI手動(dòng)配置80個(gè)磁道非常耗時(shí)且容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。設(shè)計(jì)人員還必須確定如何最好地級(jí)聯(lián)多個(gè)器件，并將五個(gè)定序器的資源分配給80個(gè)電壓軌。大多數(shù)軟件輔助設(shè)計(jì)工具實(shí)際上并沒(méi)有幫助。用戶必須了解定序器IC的特定功能，并明確告訴它通過(guò)GUI做什么，為每個(gè)項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)相當(dāng)陡峭的學(xué)習(xí)曲線。

ADM1266采用不同的方法。它使用基于PC的ADI Power Studio ?進(jìn)行配置和調(diào)試，它不僅可以配置ADM1266的各種設(shè)置。 ADI Power Studio是一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具，可幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的序列。它使設(shè)計(jì)人員能夠以比傳統(tǒng)GUI更高的水平接近電力系統(tǒng)。例如，內(nèi)置向?qū)乖O(shè)計(jì)人員能夠在幾分鐘內(nèi)設(shè)置和配置80個(gè)電壓軌，如果手動(dòng)完成，則需要幾個(gè)小時(shí)的任務(wù)。圖2和圖3顯示了接口的一些示例。

設(shè)計(jì)人員首先創(chuàng)建一個(gè)虛擬狀態(tài)機(jī)來(lái)滿足系統(tǒng)要求。在單個(gè)定序器設(shè)計(jì)（≤17個(gè)軌道）中，GUI的虛擬狀態(tài)機(jī)簡(jiǎn)單地匹配定序器的狀態(tài)機(jī)。隨著更多的序列發(fā)生器被添加，虛擬狀態(tài)機(jī)偏離了各個(gè)定序器狀態(tài)機(jī)，在狀態(tài)機(jī)中需要額外的步驟，因?yàn)樵O(shè)備彼此傳遞各種事件。

例如，設(shè)計(jì)人員監(jiān)控定序器1上的兩個(gè)電壓軌和定序器2上的兩個(gè)電壓軌。設(shè)計(jì)要求如果四個(gè)電壓軌中的任何一個(gè)發(fā)現(xiàn)故障，則一切都會(huì)關(guān)閉。實(shí)際上，由于有兩個(gè)設(shè)備，它們必須在它們之間共享故障信號(hào)。系統(tǒng)的虛擬狀態(tài)機(jī)和各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)機(jī)如圖4所示。

隨著軌道數(shù)量和排序要求變得更加復(fù)雜，系統(tǒng)的虛擬狀態(tài)機(jī)和設(shè)備級(jí)別的狀態(tài)機(jī)越來(lái)越偏離。設(shè)計(jì)師知道他或她想要發(fā)生什么，但必須讓序列發(fā)生器協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)它，這是一個(gè)耗時(shí)且通常有錯(cuò)誤的過(guò)程。 ADI Power Studio可自動(dòng)完成大部分狀態(tài)機(jī)創(chuàng)建過(guò)程。用戶使用GUI設(shè)計(jì)虛擬狀態(tài)機(jī)，而ADI Power Studio中的編譯器處理各種序列發(fā)生器之間通信的復(fù)雜性。這使設(shè)計(jì)人員能夠使用靈活，直觀的過(guò)程創(chuàng)建復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)。

強(qiáng)大的調(diào)試工具

在任何復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，錯(cuò)誤都會(huì)自然發(fā)生。理想情況下，大多數(shù)錯(cuò)誤在開(kāi)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)并被消除，但有些錯(cuò)誤會(huì)滲透到生產(chǎn)中。無(wú)論哪種方式，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員都必須擁有快速識(shí)別故障并進(jìn)行更改以解決故障的工具，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員通常比純?cè)O(shè)計(jì)花費(fèi)更多時(shí)間進(jìn)行調(diào)試。典型故障包括失效的電壓軌和邏輯電平錯(cuò)誤的信號(hào)。

讓我們繼續(xù)舉例說(shuō)明帶有80個(gè)電壓軌的電路板，其中一個(gè)電源軌在設(shè)計(jì)階段失效并不少見(jiàn)。失敗可能是組件級(jí)別或配置級(jí)別的設(shè)計(jì)缺陷。無(wú)論哪種方式，確定問(wèn)題始于識(shí)別棘手的鐵路。問(wèn)題在于，在典型的序列中，如果任何電壓軌出現(xiàn)故障，則定序器會(huì)關(guān)閉所有電壓軌。這種關(guān)閉行為盡管在生產(chǎn)級(jí)產(chǎn)品中很強(qiáng)大，但在設(shè)計(jì)階段會(huì)妨礙調(diào)試，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的故障會(huì)隱藏故障。設(shè)計(jì)師無(wú)法看到森林的樹(shù)木。設(shè)計(jì)人員不太可能同時(shí)監(jiān)視所有80個(gè)軌道，因此在失敗時(shí)幾乎不可能識(shí)別出有罪的軌道。

在理想的調(diào)試系統(tǒng)中，一旦發(fā)現(xiàn)容易出現(xiàn)故障的電壓軌，其他電壓軌保持供電，以便在系統(tǒng)的其余部分保持活動(dòng)狀態(tài)時(shí)可以觀察到有問(wèn)題的軌道的行為。雖然強(qiáng)制修改序列配置可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但打破序列調(diào)試序列是一種麻煩的方法。

ADI Power Studio和ADM1266具有軟件設(shè)計(jì)環(huán)境中常見(jiàn)的高級(jí)調(diào)試工具。簡(jiǎn)化調(diào)試過(guò)程。第一個(gè)調(diào)試工具以斷點(diǎn)的形式出現(xiàn)，其中序列在特定狀態(tài)下停止前進(jìn)。在具有多個(gè)ADM1266設(shè)備的系統(tǒng)中，所有ADM1266設(shè)備都將通過(guò)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并在具有用戶定義斷點(diǎn)的狀態(tài)開(kāi)始時(shí)停止。序列中的暫停使設(shè)計(jì)人員能夠調(diào)試發(fā)生故障的電壓軌或驗(yàn)證信號(hào)未達(dá)到正確邏輯電平的原因。

設(shè)計(jì)人員還可以通過(guò)將斷點(diǎn)應(yīng)用于所有狀態(tài)來(lái)逐步執(zhí)行序列。單步執(zhí)行的一個(gè)應(yīng)用是在啟用之前檢查電壓軌的預(yù)偏置啟動(dòng)。設(shè)計(jì)人員可以單步執(zhí)行電源序列，以查看是否有任何可能被禁用的軌道在其輸出端具有電壓 - 如ADI Power Studio的監(jiān)視器窗口部分所示。圖5顯示了用戶定義斷點(diǎn)的示例。

另一個(gè)調(diào)試工具是黑盒記錄功能，其中ADM1266在觸發(fā)時(shí)拍攝所有電壓監(jiān)控和數(shù)字引腳狀態(tài)的快照通過(guò)一個(gè)關(guān)鍵事件。觸發(fā)黑盒后，它會(huì)記錄諸如事件發(fā)生時(shí)的狀態(tài)，先前的良好狀態(tài)，事件發(fā)生的時(shí)間，部件通電的次數(shù)以及發(fā)現(xiàn)故障等信息。這有助于設(shè)計(jì)人員精確定位故障和快速診斷原因。

黑盒功能在捕獲生產(chǎn)應(yīng)用程序中的故障條件，協(xié)助維護(hù)和升級(jí)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它還可以用作開(kāi)發(fā)中的調(diào)試工具。例如，當(dāng)設(shè)計(jì)面臨熱室測(cè)試或機(jī)械測(cè)試時(shí)，使用臺(tái)式實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行探測(cè)是不可能的，而黑盒可以捕獲故障以供日后查看。圖6顯示了黑盒記錄的屏幕截圖。

結(jié)論

為了解決日益復(fù)雜的電源排序要求，解決方案必須具有可擴(kuò)展性，功能豐富且直觀。 ADI Power Studio和ADM1266 17通道序列發(fā)生器通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)和調(diào)試工具滿足這些條件，縮短了開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)間。這使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒏鄷r(shí)間用于創(chuàng)新并生成可靠的解決方案。