在多電壓軌環(huán)境中,電源定序歷來是個備受關注的重要話題。在電壓升降過程中,數(shù)字信號處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)和微處理器等器件對電源的順序和電壓都有著不同的要求。系統(tǒng)設計師要更充分的發(fā)掘電源管理器件的潛能,透徹的了解系統(tǒng)電源定序的需求。
電源定序的必要性
在研究具有電源管理工能的芯片之前,我們必須重視關系到器件工作和器件長期可靠性的問題。
如果電源定序不當,系統(tǒng)設計的可靠性就會降低,同時也會破壞系統(tǒng)內(nèi)的靜電釋放(ESD)保護功能。尤其是當一些功能模塊必須先于其它功能模塊通電時,上述的電源定序問題更突顯其重要性了。因為當芯片長期處于電源定序不當?shù)南到y(tǒng)中,就會縮短其生命周期,甚至會引發(fā)電路鎖存效應。
鎖存效應通常發(fā)生在電壓和電流超過器件的正常操作水平時。當系統(tǒng)帶有數(shù)字轉換器和存儲器等外圍器件時,配備專門的電源定序功能就顯得格外重要。
PMU的電源定序功能概述
LP3906和LP3907電源管理單元(PMU)具有以下電源定序功能,從而幫助系統(tǒng)設計師避免鎖存效應:使能管腳_T(Enable_T)(已編程時序)；I2C；外部使能管腳。
根據(jù)處理器/控制器的不同功能和系統(tǒng)的不同需求,設計者可以采用不同的芯片特性組合方案。圖1顯示了PMU中三種電源定序功能間的相互關系。
下文將詳細介紹在特定情況下系統(tǒng)設計師該使用哪些電源定序功能。簡言之,系統(tǒng)設計師能夠通過軟件(I2C)或硬件(外部使能管腳,EN_T)控制穩(wěn)壓器。
如果系統(tǒng)設計師已開發(fā)出了固件,那么I2C功能的應用將會是最廣泛的。而具備客戶化已編程時序的系統(tǒng)在設計時就無需考慮復雜的軟件或硬件,因為系統(tǒng)可以自動給穩(wěn)壓器上電。
可編程電源定序的使能管腳
1．定時
LP3906/LP3907使系統(tǒng)設計師可以非常靈活地定時控制不同穩(wěn)壓器,直至它們上升到各自默認的編程電壓水平。有了EN_T管腳,系統(tǒng)設計者就可以利用芯片內(nèi)置的預設斜波延時的功能,這對于處理器或存儲器定時的系統(tǒng)非常有用。
2．I2C可控
斜波延時也可以通過I2C控制,或者說具有出廠可編程功能。系統(tǒng)設計師可以對指定延時進行編程,然后將使能管腳(EN_T)線拉高啟動電源定序功能。
表1顯示穩(wěn)壓器延時情況。延時期間,穩(wěn)壓器開始啟動直至上升到默認編程電壓水平。當然,使能管腳EN_T從高向低拉時,還會產(chǎn)生一個相似的斷電序列。
系統(tǒng)設計師應當注意的是,當使能管腳EN_T從低向高切換時,無論穩(wěn)壓器是否已啟動,它都將按照預設的延時時序運行。所以我們建議,應從外部調(diào)低穩(wěn)壓器的使能管腳,從而防止穩(wěn)壓器在使能管腳EN_T被切換之前上升到默認編程電壓。
請注意,使能管腳 EN_T被調(diào)高時,只能通過I2C控制來禁用每一個穩(wěn)壓器。但是,使能管腳EN_T在正常工作的時候就沒有必要使用I2C。
軟件可控使能管腳(I2C)
如圖1所示,軟件可控使能管腳足以控制穩(wěn)壓器狀態(tài)。可以通過I2C按照如下方式控制電源管理單元PMU:
啟用和禁用穩(wěn)壓器；
設置使能管腳EN_T通電和斷電情況下的預設延時時序；
動態(tài)改變穩(wěn)壓器的電壓；
迫使降壓穩(wěn)壓器進入PWM模式。
圖1:LP3906/LP3907電源定序功能概述。
如果設計師想節(jié)省斷路IQ電流,最好是通過軟件來控制芯片,因為控制器能夠通過I2C與PMU通信。設計者可以要求穩(wěn)壓器的出廠設置為OFF(關),這樣就無需在外部使能管腳上使用上拉電阻。穩(wěn)壓器可以通過軟件使能來輕松加電。
I2C控制的優(yōu)勢之一是可以與使能管腳EN_T以及外部使能管腳配合使用。如果系統(tǒng)設計師想關斷電壓已上升的穩(wěn)壓器是,I2C的優(yōu)勢就更加突顯了。即使外部使能管腳被拉高,I2C仍然可以禁用任何一個穩(wěn)壓器。
I2C還可以為系統(tǒng)設計師對系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障進行主動監(jiān)控。任何一個穩(wěn)壓器停滯或失調(diào),控制寄存器就會出現(xiàn)故障,而且被系統(tǒng)微處理器識別。因此設計師可以根據(jù)發(fā)出的故障信號類型(如,熱過載信號)采取適當?shù)姆婪洞胧?/p>
通過軟件,電源管理單元PMU就變成了一款多用途芯片,能夠處理系統(tǒng)設計師對任何電源定序的需求。
如果系統(tǒng)設計師只需要基本的、簡單的電源定序功能,可以使用芯片的外部電壓控制使能管腳來實現(xiàn)。外部電壓控制使能管腳可以在高低兩檔間切換,以開關芯片。外部使能管腳支持外部電阻下拉,以及軟件控制的下拉功能,后者是通過系統(tǒng)控制器設定GPIO來實現(xiàn)。
要想使穩(wěn)壓器不被占用或禁用,最簡單的方法是置低穩(wěn)壓器的使能管腳。
本文小結
根據(jù)系統(tǒng)對電源定序的不同需求,系統(tǒng)設計師會用到電源管理單元LP3906/LP3907的不同特性。電源定序可以幫助設計師規(guī)避成本高昂的鎖存效應。LP3906/LP3907的用途非常廣泛,可提供系統(tǒng)控制功能,如自動通電和斷電定序、可變定時、故障與中斷管理以及電源監(jiān)控等。
作者:
Jonathan Guan
應用工程師
美國國家半導體公司
