復(fù)雜電源的時(shí)序控制解決方案

簡介

電源時(shí)序控制是微控制器、FPGA、DSP、ADC和其他需要多個(gè)電壓軌供電的器件所必需的一項(xiàng)功能。這些應(yīng)用通常需要在數(shù)字I/O軌上電前對(duì)內(nèi)核和模擬模塊上電，但有些設(shè)計(jì)可能需要采用其他序列。無論如何，正確的上電和關(guān)斷時(shí)序控制可以防止閂鎖引發(fā)的即時(shí)損壞和ESD造成的長期損害。此外，電源時(shí)序控制可以錯(cuò)開上電過程中的浪涌電流，這種技術(shù)對(duì)于采用限流電源供電的應(yīng)用十分有用。

本文討論使用分立器件進(jìn)行電源時(shí)序控制的優(yōu)缺點(diǎn)，同時(shí)介紹利用ADP5134內(nèi)部精密使能引腳實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制的一種簡單而有效的方法ADP5134內(nèi)置2個(gè)1.2-A 降壓調(diào)節(jié)器與2個(gè)300-mA LDO。同時(shí)，本文還列出一系列IC,可用于要求更高精度、更靈活時(shí)序控制的應(yīng)用。

圖1 所示為一種要求多個(gè)供電軌的應(yīng)用。這些供電軌為內(nèi)核電源(VCCINT)、I/O 電源(VCCO)、輔助電源(VCCAUX)和系統(tǒng)存儲(chǔ)器電源。

圖1. 處理器和FPGA 的典型供電方法

舉例來說，Xilinx Spartan-3AFPGA 具有一個(gè)內(nèi)置上電復(fù)位電路，可確保在所有電源均達(dá)到其閾值后才允許對(duì)器件進(jìn)行配置。這樣有助于降低電源時(shí)序控制要求，但為了實(shí)現(xiàn)最小浪涌電流電平并遵循連接至FPGA 的電路時(shí)序控制要求，供電軌應(yīng)當(dāng)按以下序列上電VCC_INT → VCC_AUX→ VCCO.請(qǐng)注意：有些應(yīng)用要求采用特定序列，因此，務(wù)必閱讀數(shù)據(jù)手冊(cè)的電源要求部分。

使用無源延遲網(wǎng)絡(luò)簡化電源時(shí)序控制

實(shí)現(xiàn)電源時(shí)序控制的一種簡單的方法就是利用電阻、電容、二極管等無源元件，延遲進(jìn)入調(diào)節(jié)器使能引腳的信號(hào)，如圖2 所示。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，D1導(dǎo)電，而D2仍保持?jǐn)嚅_。電容C1充電，而EN2處的電壓根據(jù)R1和C1確定的速率上升。當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電容C1通過R2、D2和RPULL向地放電。EN2處的電壓以R2、RPULL和C2確定的速率下降。更改R1和R2的值會(huì)改變充放電時(shí)間，從而設(shè)置調(diào)節(jié)器的開啟和關(guān)閉時(shí)間。

圖2. 利用電阻、電容和二極管實(shí)現(xiàn)電源時(shí)序控制的簡單方法

該方法可用于不要求采用精密時(shí)序控制的應(yīng)用，以及只需延遲信號(hào)即可并可能只要求采用外部R和C的部分應(yīng)用。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)器，采用這種方法的缺點(diǎn)在于，使能引腳的邏輯閾值可能因?yàn)殡妷汉蜏囟榷嬖诤艽蟮牟町悺４送?，電壓斜坡中的延遲取決于電阻和電容值及容差。典型的X5R電容在-55°C至 +85°C溫度范圍內(nèi)的變化幅度約為±15%,由于直流偏置效應(yīng)還會(huì)出現(xiàn)±10%的變化，從而使時(shí)序控制變得不精確，有時(shí)還會(huì)變得不可靠。

精密使能輕松實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制

為了獲得穩(wěn)定的閾值電平以實(shí)現(xiàn)精密時(shí)序控制，大多數(shù)調(diào)節(jié)器都要求采用一個(gè)外部基準(zhǔn)電壓源.ADP5134通過集成精密基準(zhǔn)電壓源、大幅節(jié)省成本和PCB面積的方式解決了這個(gè)問題。每個(gè)調(diào)節(jié)器都有一個(gè)獨(dú)立的使能引腳。當(dāng)使能輸入的電壓升至 VIH_EN(最小值為0.9 V)以上時(shí)，器件退出關(guān)斷模式，且管理模塊開啟，但不會(huì)激活調(diào)節(jié)器。將使能輸入的電壓與一個(gè)精密內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(典型值為0.97 V)相比較。一旦使能引腳的電壓升至高于精密使能閾值，則調(diào)節(jié)器被激活，輸出電壓開始升高。 在輸入電壓和溫度轉(zhuǎn)折處，基準(zhǔn)電壓的變化幅度只有±3%。這一小范圍變化可確保精密的時(shí)序控制，解決采用分立器件時(shí)遇到的各種問題。

當(dāng)使能輸入的電壓降至低于基準(zhǔn)電壓低80 mV(典型值)時(shí)，調(diào)節(jié)器停用。當(dāng)所有使能輸入上的電壓都降至VIL_EN(最大值 為0.35 V)以下時(shí)，器件進(jìn)入關(guān)斷模式。在該模式下，功耗降至1 μA 以下。圖3 和圖4 展示了用于Buck1 的ADP5134 精密使能閾值在溫度范圍內(nèi)的精度。

圖3. 溫度范圍內(nèi)的精密使能導(dǎo)通閾值(10 個(gè)采樣)

圖4. 溫度范圍內(nèi)的精密使能關(guān)閉閾值(10 個(gè)采樣)

使用電阻分壓器簡化電源時(shí)序控制

通過將衰減版本的調(diào)節(jié)器輸出端連接至待上電的下一個(gè)調(diào)節(jié)器使能引腳，可對(duì)多通道電源進(jìn)行時(shí)序控制，如圖5 所示，其中，調(diào)節(jié)器按以下順序開啟或關(guān)Buck1 → Buck2 → LDO1 → LDO2。圖6為EN1連接至VIN1后的上電序列。圖7 所示為 EN1與VIN1斷開后的關(guān)斷序列。[!--empirenews.page--]

圖5. 采用ADP5134 實(shí)現(xiàn)的簡單時(shí)序控制

圖6. ADP5134 啟動(dòng)序列

圖7. ADP5134 關(guān)斷序列

序列器IC 提高時(shí)序精度

在某些情況下，實(shí)現(xiàn)精密時(shí)序比降低PCB面積和成本更重要。 對(duì)于這些應(yīng)用，可以使用電壓監(jiān)控和序列器IC,比如在電壓和溫度范圍內(nèi)，精度可達(dá)±0.8%的ADM1184四通道電壓監(jiān)控器?；蛘撸瑢?duì)于要求更加精確的上電和關(guān)斷序列控制的應(yīng)用，可以使用帶可編程時(shí)序控制的ADM1186四通道電壓序列器和監(jiān)控器。

ADP5034四通道調(diào)節(jié)器集成了兩個(gè)3-MHz、1200-mA降壓調(diào)節(jié)器和兩個(gè)300 mA LDO.典型的時(shí)序控制功能可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)，采用ADM1184監(jiān)控一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出電壓，并在被監(jiān)測(cè)輸出電壓達(dá)到某個(gè)電平時(shí)，向下一個(gè)調(diào)節(jié)器的使能引腳提供一個(gè)邏輯高電平信號(hào)。這種方法(如圖8 所示)可用于不具有精密使能功能的調(diào)節(jié)器。

圖8. 使用ADM1184四通道電壓監(jiān)控器對(duì)ADP5034四通道調(diào)節(jié)器實(shí)施時(shí)序控制

結(jié)論

使用ADP5134精密使能輸入進(jìn)行時(shí)序控制既簡單又輕松，每個(gè)通道只需要兩個(gè)外部電阻即可。而更加精密的時(shí)序控制則可以通過ADM1184或ADM1186電壓監(jiān)控器實(shí)現(xiàn)。