微控制器管理電源排序和控制

　　隨著雙電壓體系結(jié)構(gòu)和多處理器板的迅速普及，連簡(jiǎn)單的應(yīng)用都可能需要幾條處理器電壓干線。由于每個(gè)處理器都有自己的加電和斷電要求，電源干線排序和控制就變成一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)。電源設(shè)計(jì)人員所面臨的挑戰(zhàn)就是要考慮每個(gè)處理器的定時(shí)和電壓要求，并將這些要求吸納到總系統(tǒng)中，以確保最終設(shè)計(jì)滿足所有處理器的要求。
　　給處理器供電不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致種種問(wèn)題，有的不大嚴(yán)重，如MTBF（平均無(wú)故障間隔時(shí)間）縮短，有的則是災(zāi)難性的，如閉鎖。鑒于可用微處理器的多樣性和你在提出電源排序和控制方案時(shí)預(yù)計(jì)到的應(yīng)用挑戰(zhàn)，使用微控制器是可取的，因?yàn)樗哂锌删幊棠芰Α?strong>MSP430非常適合這種應(yīng)用 (圖 1)。這種高性能、低成本的16位RISC處理器具有幾個(gè)高質(zhì)量的模擬外設(shè)和一個(gè)JTAG接口。

　　控制帶有啟動(dòng)引腳（比如大多數(shù)"磚塊" DC/DC轉(zhuǎn)換器和低壓降電壓調(diào)節(jié)器上的啟動(dòng)引腳）的電源僅僅是使用GPIO（通用I/O）引腳而已。如果電源沒(méi)有使能功能，那么通常為MOSFET的在線開(kāi)關(guān)可利用GPIO或者PWM信號(hào)控制電源。圖 1所示電路采用TPS725xx系列低壓降穩(wěn)壓器，由一個(gè)輸入直流電源提供3.3V、2.5V和1.8V三種電壓。這些穩(wěn)壓器帶有啟動(dòng)引腳和復(fù)位功能。你可以輕易地將這一電路擴(kuò)展到具有任意數(shù)目的電壓干線。MSP430監(jiān)視某個(gè)控制變量，以確定何時(shí)啟動(dòng)每根干線。對(duì)于電源排序應(yīng)用來(lái)說(shuō)，兩個(gè)最?？刂频淖兞烤褪菚r(shí)間和電壓。當(dāng)時(shí)間為控制變量時(shí)，控制器啟動(dòng)第一條干線；在此后的特定時(shí)刻，它將啟動(dòng)下一條干線；在此后的某一時(shí)刻再啟動(dòng)下一條干線，依次類推，直至所有干線均被啟動(dòng)為止。
　　MSP430提供定時(shí)序列信號(hào)和定時(shí)控制信號(hào)以接通電源。如果電壓是控制變量，那么控制器便啟動(dòng)第一條電壓干線并通過(guò)ADC監(jiān)視其電壓的上升情況。當(dāng)?shù)谝粭l電壓干線達(dá)到特定的電壓電平時(shí)，控制器啟動(dòng)下一條電壓干線并監(jiān)視其電壓上升直至達(dá)到規(guī)定的電壓電平。此時(shí)，控制器再啟動(dòng)下一條電壓干線并監(jiān)視其電壓上升。這一過(guò)程持續(xù)到控制器啟動(dòng)了所有電壓干線為止。當(dāng)將電壓用作控制變量時(shí)，控制器不是使用GPIO信號(hào)就是使用PWM信號(hào)作為啟動(dòng)信號(hào)，視設(shè)計(jì)是否需要干線跟蹤而定。你還可以將電壓控制與定時(shí)控制兼而用之。
　　在圖 1中，每個(gè)低壓降穩(wěn)壓器都連接兩條MSP430線路--一條線路用于啟動(dòng)，另一條線路用于監(jiān)視。當(dāng)時(shí)間為控制變量時(shí)，可通過(guò)端口 1 (GPIO)進(jìn)行監(jiān)視；當(dāng)電壓為控制變量時(shí)， 可通過(guò)端口 6 (ADC) 進(jìn)行監(jiān)視。MSP430還具有系統(tǒng)復(fù)位端，并具有節(jié)電輸入端。代碼非常簡(jiǎn)單，不需要多少編程經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)間為控制變量時(shí)，首先要做的事情就是使MSP430初始化并設(shè)置端口和定時(shí)器，這一操作需要5行代碼（表 1，該表可從0)并啟動(dòng)定時(shí)器。當(dāng)CCR₀的值等于定時(shí)器的值時(shí)，第一條電壓干線被啟動(dòng)。隨后利用下一個(gè)定時(shí)間隔裝入CCR₀，定時(shí)器復(fù)位并重新啟動(dòng)。當(dāng)CCR₀等于定時(shí)器的值時(shí)，第二個(gè)電壓干線被啟動(dòng)。這一操作反復(fù)進(jìn)行，直到所有電壓干線被啟動(dòng)為止。
　　一旦所有干線均被啟動(dòng)，延遲回路便開(kāi)始啟用，以確保低壓降穩(wěn)壓器上的復(fù)位引腳有時(shí)間達(dá)到規(guī)定電壓。TPS725xx系列具有漏極開(kāi)路的100 毫秒復(fù)位功能。當(dāng)延遲結(jié)束時(shí)，MSP430便檢查每一個(gè)穩(wěn)壓器的復(fù)位線路，以確保所有干線均已達(dá)到規(guī)定電壓。如果所有干線均已達(dá)到規(guī)定電壓，則MSP430 便發(fā)出系統(tǒng)復(fù)位命令。當(dāng)電壓為控制變量時(shí)，MSP430 (表 2)初始化只需5行代碼。下一個(gè)操作是根據(jù)3V ADC基準(zhǔn)電壓將代表3.3V、2.5V和1.8V的值裝入寄存器R₉、R₁₀和R₁₁中。第一條干線被啟動(dòng)之后，其輸出電壓就受到監(jiān)視，直至其處在規(guī)定范圍內(nèi)，此時(shí)下一條干線被啟動(dòng)，并受到監(jiān)視。這一操作反復(fù)進(jìn)行，直到所有三條干線被啟動(dòng)為止。所有干線被啟動(dòng)之后，用于穩(wěn)壓器復(fù)位的延遲回路啟動(dòng)，系統(tǒng)復(fù)位。

MSP430接通所有電壓干線并執(zhí)行系統(tǒng)復(fù)位之后，便進(jìn)入監(jiān)視方式。它通過(guò)復(fù)位或者輸出引腳（取決于時(shí)間為控制變量還是電壓為控制變量）連續(xù)地檢查低壓降穩(wěn)壓器的輸出電壓。如果發(fā)生故障，MSP430就進(jìn)入錯(cuò)誤例行程序。最常見(jiàn)的故障是電壓干線的喪失，不過(guò)其他故障如過(guò)壓和欠壓也應(yīng)當(dāng)監(jiān)視。錯(cuò)誤例行程序所采取的動(dòng)作取決于應(yīng)用。最簡(jiǎn)單的動(dòng)作是使所有干線處于節(jié)電狀態(tài)，但編程功能能使你進(jìn)行全面的控制。一個(gè)決定性的功能就是使所有電壓干線處于節(jié)電狀態(tài)。一個(gè)外部信號(hào)（可能來(lái)自主處理器）可通知MSP430使處理器電源處于節(jié)電狀態(tài)。在本例中，節(jié)電排序正好與加電排序相反，但你可以定義任何序列。給節(jié)電序列增加的一種動(dòng)作可能是接通假負(fù)載，以便對(duì)輸出濾波電容器進(jìn)行放電。該設(shè)計(jì)之所以采用TPS725xx低壓降穩(wěn)壓器，是因?yàn)樗鼈兛赏ㄟ^(guò)任何輸出電容器提供快速瞬時(shí)響應(yīng)和穩(wěn)定性。然而，某些應(yīng)用可能需要很大的輸出電容器來(lái)維持穩(wěn)定性和瞬時(shí)響應(yīng)。在這種情況下，如能使這些濾波電容器進(jìn)行放電則可以增加MTBF。