智能功率控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)

構(gòu)建和維護(hù)合適的功率環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的正確運(yùn)行非常關(guān)鍵。對(duì)功率的控制和管理越來(lái)越受到重視，無(wú)論是簡(jiǎn)單的手持式便攜設(shè)備，還是多服務(wù)器機(jī)架系統(tǒng)，都希望能夠節(jié)省能耗、降低成本。

采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）的設(shè)計(jì)可能需要4～5個(gè)甚至更多的電源，需要按照預(yù)先設(shè)定的順序和電壓攀升率完成上電，從而避免諸如閂鎖、電涌或I/O競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題。此外，許多應(yīng)用都要求上電順序和電壓攀升率可調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用。

利用創(chuàng)新的混合信號(hào)可編程系統(tǒng)芯片（PSC）與 32位ARM Cortex-M1處理器相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，可以開(kāi)發(fā)出可修改的智能功率控制解決方案，大幅減少部件數(shù)目、板卡尺寸和系統(tǒng)成本，同時(shí)提高可靠性、靈活性和系統(tǒng)可用性。集成在混合信號(hào)PSC中的Cortex-M1處理器除了能夠監(jiān)控總線電壓、電機(jī)電流和速度外，還能完成診斷任務(wù)。

智能功率控制

智能功率控制涉及如下基本要求：提供系統(tǒng)所需的所有電壓；控制每個(gè)器件的上電順序，維持系統(tǒng)的完整性，防止諸如閉鎖、電涌或I/O競(jìng)爭(zhēng)之類的問(wèn)題；在不需要某些器件時(shí)關(guān)閉該器件，而在需要時(shí)順暢地開(kāi)啟；在待機(jī)狀態(tài)下維持最低限度的功能運(yùn)行，以節(jié)省功耗，并按照一定的時(shí)間間隔或在需要時(shí)喚醒系統(tǒng)。

在專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 (ASSP) 中實(shí)現(xiàn)這些功能需要標(biāo)準(zhǔn)的功率供給方案。采用可編程解決方案則能適應(yīng)多系統(tǒng)要求。可編程解決方案還允許日后對(duì)系統(tǒng)升級(jí)和細(xì)調(diào)。目前市場(chǎng)上的許多可編程功率模塊都需要與某種形式的處理器共用，獲取各電源開(kāi)關(guān)控制的指令。

面向智能功率控制的混合信號(hào)PSC

由于多電源、多I/O組件的應(yīng)用、 I/O標(biāo)準(zhǔn)不斷變化，以及調(diào)節(jié)上電順序和電壓攀升率的需求，板級(jí)電源管理變得越來(lái)越復(fù)雜，因此，設(shè)計(jì)人員需要靈活且能上電即用的功率管理器件。如圖1所示，混合信號(hào)PSC具有嵌入式閃存、FPGA架構(gòu)、四線模擬I/O結(jié)構(gòu)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，可為智能功率控制提供智能化及簡(jiǎn)捷靈活的解決方案。

圖1 混合信號(hào)PSC體系架構(gòu)

可編程混合信號(hào)PSC，如Actel Fusion，能實(shí)現(xiàn)上電順序、實(shí)時(shí)電壓監(jiān)視、分析和控制。這些功能都集成在單芯片中，減少了部件數(shù)目，從而大大降低了材料成本、板卡尺寸和組裝成本。該方案僅使用一個(gè)器件，所以功耗更低，而且能根據(jù)采樣電壓進(jìn)行配置，可監(jiān)視多達(dá)30路模擬信號(hào)并控制多達(dá)10個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路，而這些電路的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度可編程，能夠控制多電源系統(tǒng)的上電順序和電壓攀升率。混合信號(hào)PSC還能通過(guò)監(jiān)視器定時(shí)器或外部觸發(fā)器完成系統(tǒng)喚醒操作，可關(guān)閉除某一器件外的整個(gè)系統(tǒng)。某些混合信號(hào)PSC還具有管理智能電池充電的能力，這是提升系統(tǒng)功率控制的另一種智能方式。

MicroTCA的智能功率控制實(shí)例

由于這些解決方案能使系統(tǒng)管理和智能功率管理應(yīng)用的集成度提高至前所未有的水平，因此，單芯片PSC能夠減少典型MicroTCA電源模塊的材料清單成本，在某些情況下能夠減少超過(guò)50%。與速度慢及基于軟件的微控制器解決方案不同，混合信號(hào)PSC用FPGA邏輯門實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部電壓監(jiān)控和切換功能，如圖2所示，因而能達(dá)到MicroTCA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100μs開(kāi)關(guān)速度指標(biāo)。

圖2 MicroTCA電源模塊示例

如圖3所示，在高級(jí)夾層卡（AMC）示例中，采用單芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和智能功率控制的高級(jí)夾層卡部件數(shù)減少，其好處是比采用微控制器和許多分立元件實(shí)現(xiàn)的典型高級(jí)夾層卡性能更高、功能更豐富?？蛻艨梢允褂没旌闲盘?hào)PSC來(lái)集成有效載荷和管理功能，以實(shí)現(xiàn)更高的部件集成度并降低成本。此外，一些混合信號(hào)PSC器件還具有電信服務(wù)供應(yīng)商通常都需要的系統(tǒng)內(nèi)變更和升級(jí)功能。

圖3 AMC板卡示例

此外，如Cortex-M1等IP核可以支持MicroTCA處理，通過(guò)IPMI接口實(shí)現(xiàn)基板和網(wǎng)絡(luò)管理及衛(wèi)星控制，這些IP核也可用于機(jī)架管理及載板管理IPM-C 接口。

總結(jié)

智能功率控制的設(shè)計(jì)可發(fā)揮創(chuàng)新的混合信號(hào)PSC和集成于其中的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)處理器的優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是簡(jiǎn)單的手持式便攜設(shè)備，還是多服務(wù)器機(jī)架系統(tǒng)，在尺寸相同的情況下，將混合信號(hào)PSC和Cortex-M1軟核處理器集成，便能夠?qū)崿F(xiàn)更多功能