電源管理一般是指涉及電路板供電方面的相關(guān)問(wèn)題,。該相關(guān)問(wèn)題包含：

　　選擇各種DC-DC轉(zhuǎn)換器為電路板供電
　　電源供應(yīng)排序/追蹤
　　電壓監(jiān)測(cè)
　　上述全部
　　在本文中,，電源管理被簡(jiǎn)單定義為：對(duì)電路板上的所有電源進(jìn)行管理(包括DC-DC轉(zhuǎn)換器及LDO等)。電源管理功能包含：
　　管理電路板上DC-DC控制器——例如熱插拔,、緩啟動(dòng),、排序、追蹤,、裕度和微調(diào)。
　　產(chǎn)生所有電源供應(yīng)相關(guān)狀態(tài)和控制邏輯訊號(hào)——例如重置訊號(hào)產(chǎn)生,、電源錯(cuò)誤指示(監(jiān)測(cè))和電壓管理,。圖1展示了一個(gè)采用CPU或微處理器電路板的典型電源管理功能。

圖1：電路板上的典型電源管理功能

　　熱插拔/緩啟動(dòng)控制功能可用來(lái)限制突波電流以減少供應(yīng)電源的啟動(dòng)負(fù)載,。對(duì)插入帶電背板的電路板來(lái)說(shuō),，這是個(gè)很重要的功能。

　　電源供應(yīng)排序和追蹤功能可在達(dá)到電路板上所有組件對(duì)順序的需求下,，控制多個(gè)電源的開(kāi)/關(guān),。

　　所有供應(yīng)電壓都被錯(cuò)誤(過(guò)壓/欠壓)監(jiān)測(cè)，以向處理器就即將發(fā)生的電源供應(yīng)錯(cuò)誤進(jìn)行預(yù)警,。該功能也被歸類為監(jiān)督功能,。

　　當(dāng)電源啟動(dòng)時(shí)，重置產(chǎn)生功能提供處理器一個(gè)可靠的啟動(dòng)電壓,。有些處理器會(huì)要求重置訊號(hào)在其內(nèi)部所有電源供應(yīng)都穩(wěn)定后,，仍能運(yùn)作一段時(shí)間，這也被稱作重置脈沖展延,。重置產(chǎn)生器的功能是當(dāng)電源供應(yīng)發(fā)生錯(cuò)誤情況時(shí),，使處理器保持在重置模式，以防止電路板上閃存無(wú)意中被破壞的情況,。

　　傳統(tǒng)電源管理方案的限制

　　傳統(tǒng)電路板上的任何電源管理功能都是由個(gè)別單功能IC來(lái)執(zhí)行的,。不同的供應(yīng)電壓組合有不同的IC型號(hào)可使用,。因此，市面上就有來(lái)自不同廠商數(shù)以萬(wàn)計(jì)針對(duì)多重電源供應(yīng)管理需求的單功能IC,。

　　例如,，若要選擇一款重置產(chǎn)生器IC型號(hào)，必須提供以下信息:

　　該重置產(chǎn)生器IC需監(jiān)測(cè)的供應(yīng)電壓
　　供應(yīng)電壓組合(3.3,、2.5,、1.2或 3.3、2.5,、1.8等)
　　錯(cuò)誤偵測(cè)電壓(3.3V-5%,、3.3V-10%等)
　　準(zhǔn)確性(3%、2%,、1.5%等)
　　重置附加電容的重置脈沖擴(kuò)展功能
　　手動(dòng)重置輸入
　　為應(yīng)付所有可能產(chǎn)生的變化,，一家廠商可能就有幾百個(gè)重置產(chǎn)生器IC型號(hào)。若工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中(很可能)需要增加另一個(gè)電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè),，必須選擇一個(gè)額外且不同型號(hào)的IC,。類似地，許多單功能IC的型號(hào)也會(huì)隨著些微功能的不同而有所差異,，這些功能包括熱插拔控制器,、電源供應(yīng)排序器和電壓監(jiān)測(cè)/檢測(cè)器等。多重電路板系統(tǒng)中的任何電路板均需要不同組的單功能IC,，材料成本也因而增加,。

　　日益增加的電路板復(fù)雜性

　　若單功能電源管理IC曾經(jīng)是可管理的，那也已經(jīng)是過(guò)去式了,。大多數(shù)典型的電路板目前都使用若干多重電壓組件,，每個(gè)組件都有電源排序需求。具有更小型晶體管的組件需要帶有增強(qiáng)電流的較低電源供應(yīng)電壓,。設(shè)計(jì)者常常被要求利用每個(gè)多重電壓IC的負(fù)載點(diǎn)電源,，因此，電路板上的電源供應(yīng)數(shù)就增加了,。隨著電源供應(yīng)路徑的增加以及對(duì)多重排序管理的需求,，電源管理也變得更加復(fù)雜。

　　隨著電路板變得更復(fù)雜,，傳統(tǒng)的電源管理方案便顯得難以招架,。目前，利用傳統(tǒng)單功能IC執(zhí)行電源管理的設(shè)計(jì)師要不是得犧牲監(jiān)測(cè)某些電源供應(yīng),，不然就得為個(gè)別電源管理功能選擇多個(gè)單功能組件,。這兩種方法都不讓人滿意。

　　電路板空間增加卻降低了可靠性

　　單功能IC數(shù)的增加以及相關(guān)的互連不僅使電路板面積加大,，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)看,，還降低了電路板的可靠性,。舉例來(lái)說(shuō)，不斷增加的組裝錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)知(必然是不好)的結(jié)果,。

　　第二貨源及設(shè)計(jì)妥協(xié)方案

　　若單功能組件是從不同供貨商選購(gòu)而來(lái),，即使發(fā)生缺少某一組件，都將增加生產(chǎn)延誤風(fēng)險(xiǎn),，于是第二貨源就此產(chǎn)生,。然而，第二貨源降低了設(shè)計(jì)工程師的零件可用性,，迫使設(shè)計(jì)師不得不就電路板的錯(cuò)誤覆蓋范圍做出折衷,。

　　系統(tǒng)成本增加

　　組裝和測(cè)試費(fèi)用與系統(tǒng)中所用的組件數(shù)成正比，而組件單位成本與購(gòu)買(mǎi)數(shù)量成反比,。由于許多組件是為特定系統(tǒng)需求而提供,，但用來(lái)建構(gòu)系統(tǒng)的每一種類型組件數(shù)量卻都很少，因此,，整體系統(tǒng)成本就隨之增加了,。

　　舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)有10塊電路板,，以每年制造1,000個(gè)系統(tǒng)的速度進(jìn)行,，若每塊電路板的電源管理都采用一種單功能IC，那么很可能需要10種不同的單功能IC來(lái)完成這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),，這些單功能IC的年產(chǎn)量也許只有1,000顆,，而1,000顆IC的單價(jià)當(dāng)然高于10,000顆，所以,，與采用同一種多功能單芯片電源管理方案相較——即所有電路板都能使用相同的IC,，單功能IC電源管理系統(tǒng)所需成本必然更高,。

　　用多個(gè)單功能IC組件來(lái)執(zhí)行傳統(tǒng)電源管理方案令人聯(lián)想到1980年代時(shí),，數(shù)字設(shè)計(jì)師利用TTL閘極來(lái)執(zhí)行邏輯功能。隨著電路板復(fù)雜性的增加,，設(shè)計(jì)師被迫不是得用固定功能的ASIC,，就是得增加電路板使用的TTL組件數(shù)目。但不意外的是,，系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用的TTL組件數(shù)目因此急速增加,。

　　可編成邏輯組件(PLD)的出現(xiàn)使設(shè)計(jì)師可在電路板特定的單位面積內(nèi)執(zhí)行更多功能，也同時(shí)縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間,。系統(tǒng)中的零件數(shù)目減少了,，也降低了整體系統(tǒng)成本。相同的PLD組件可用在多種設(shè)計(jì)里,，也減少了系統(tǒng)使用組件的數(shù)目,。公司能在不犧牲任何電路板所需功能的前提下,，對(duì)少量PLD組件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

　　管理少量的PLD比管理大量的TTL閘極要容易的多,。相同的PLD可被用于多個(gè)電路板設(shè)計(jì),，因而減少甚至不再需要第二貨源。設(shè)計(jì)師可在將組件放置到電路板上以前,，用軟件仿真設(shè)計(jì),，因而增加了第一次就設(shè)計(jì)成功的可能性。

　　如今,，利用單功能電源管理IC就如同過(guò)去采用TTL閘極一樣麻煩,，當(dāng)今復(fù)雜的電路板設(shè)計(jì)需要’電源管理PLD’。的確,，這個(gè)電源管理PLD根本就是電路板設(shè)計(jì)的必要組件,。

　　可編程電源管理方案

　　圖2展示了一個(gè)采用單一可編程電源管理組件的典型電路板電源管理實(shí)例?？删幊屉娫垂芾斫M件需要可編程模擬和數(shù)字單元以促進(jìn)多個(gè)傳統(tǒng)單功能電源管理組件的整合,。設(shè)計(jì)師可配置可編程模擬單元以監(jiān)測(cè)一個(gè)電壓組合，而不必依靠使用一個(gè)專門(mén)配置,、廠商編程的單功能組件,。

圖2：用可編程電源管理組件取代多個(gè)單功能IC

　　電源管理組件的可編程數(shù)字單元需要用來(lái)定義特定電路板邏輯；該邏輯結(jié)合了從可編程電源監(jiān)測(cè)功能得來(lái)的結(jié)果,；以執(zhí)行諸如重置產(chǎn)生,、電源供應(yīng)錯(cuò)誤中斷產(chǎn)生、以及各電源排序等功能,。一個(gè)可編程的軟件設(shè)計(jì)方法使電源管理組件能提供廣泛的電源管理功能,。

　　利用可編程電源管理組件

　　以Lattice Semiconductor的Power Manager II組件為例，該組件是一款可編程電源管理組件,。Power Manager II整合了若干數(shù)字和模擬單元以支持多個(gè)單功能電源管理組件的整合,。圖3是Power Manager II組件的圖標(biāo)。

圖3：Power Manager II系列組件示意圖

　　圖3所示為Power1014A組件,，它是Power Manager II系列中的一款產(chǎn)品,。Power1014A可監(jiān)測(cè)10個(gè)電源供應(yīng)路徑、具有14個(gè)電源輸出,，可執(zhí)行所有電源管理功能,。

　　Power1014A利用20個(gè)內(nèi)建可編程臨界值精密比較器監(jiān)測(cè)多達(dá)10組電源供應(yīng)的過(guò)壓/欠壓狀態(tài)，一般監(jiān)測(cè)精密度是0.3%,。數(shù)字監(jiān)測(cè)輸入適用于連接諸如手動(dòng)重置,、電源供應(yīng)和切斷等數(shù)字訊號(hào)。

　　Power1014A有4個(gè)定時(shí)器，在122個(gè)步進(jìn)中,，可編程范圍都是從32us到2s,。這些定時(shí)器可用來(lái)控制排序延遲、重置脈沖展延以及用作看門(mén)狗定時(shí)器,。

　　12個(gè)開(kāi)汲極輸出可由芯片上的24個(gè)宏單元CPLD驅(qū)動(dòng),，使DC-DC轉(zhuǎn)換器能排序、產(chǎn)生一個(gè)CPU重置訊號(hào),，也能驅(qū)動(dòng)一個(gè)P信道MOSFET來(lái)執(zhí)行熱插拔功能,。

　　Power1014A還有兩個(gè)高壓(達(dá)12V)MOSFET驅(qū)動(dòng)器透過(guò)N信道MOSFET達(dá)成電源供應(yīng)、或執(zhí)行緩啟動(dòng)功能以及執(zhí)行負(fù)極電源供應(yīng)路徑上的熱插拔功能,。

　　透過(guò)I2C總線,，任何微處理器借助內(nèi)建的10位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器都可測(cè)量任何電源供應(yīng)電壓。該I2C總線還能用于監(jiān)測(cè)電源供應(yīng)比較器,、輸入和輸出狀態(tài),。

　　可編程特性使電源管理標(biāo)準(zhǔn)化

　　透過(guò)簡(jiǎn)單地再配置可編程組件，設(shè)計(jì)師可借助一個(gè)可編程電源管理組件執(zhí)行全部特定電路板電源管理功能,。相同的可編程組件可被用于多個(gè)電路板而不是采用多個(gè)單功能IC,。因此，設(shè)計(jì)師可在整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)對(duì)單一可編程電源管理組件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,。

　　對(duì)電源管理功能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化

　　在多個(gè)電路板上利用同一個(gè)整合了電源管理功能的單一可編程電源管理組件的好處如下：

　　電路板面積縮小,、可靠性增加：將多個(gè)單功能IC整合進(jìn)一個(gè)組件的主要好處是減少了電路板面積。減少的零件數(shù)及相關(guān)布線縮小了電路板面積并降低了成本,。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度看,，減少了的零件數(shù)還增加了電路板的可靠性。

　　滿足復(fù)雜電源管理需求的能力：目前電路板上所用的電源供應(yīng)數(shù)不斷在增加,，此外,，監(jiān)測(cè)和控制功能的復(fù)雜性也在增加。因可編程電源管理組件整合了更多的電源監(jiān)測(cè)輸入(與單功能IC相比)以及可編程數(shù)字邏輯單元,，所以這些組件較適合執(zhí)行復(fù)雜的電源管理功能,。另外，可編程的方式具有靈活性,，能夠快速適應(yīng)以滿足不斷改變的規(guī)格要求,。

　　不再需要第二貨源：一般來(lái)說(shuō),，第二貨源是為了避免因無(wú)法取得組件造成生產(chǎn)延誤而采取的防范措施,。這個(gè)需求因?yàn)橐粋€(gè)典型系統(tǒng)實(shí)際上需來(lái)自不同供貨商的多個(gè)小型單功能組件而被放大。藉由在所有電路板和項(xiàng)目中對(duì)單一可編程電源管理組件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,，能將耗時(shí)和第二貨源耗盡等問(wèn)題徹底排除或降低,。

　　降低整體系統(tǒng)成本：可編程電源管理組件價(jià)格比個(gè)別單功能IC的總價(jià)來(lái)的便宜。除此之外，因采購(gòu)數(shù)量增加能加大折扣,，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的多重電路板實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化電源管理能進(jìn)一步降低成本,。

　　可用軟件執(zhí)行電源管理功能：運(yùn)用軟件在可編程電源管理組件中進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般而言,，利用在線仿真器,，軟件設(shè)計(jì)工具還執(zhí)行電源管理算法的驗(yàn)證。由于電源管理設(shè)計(jì)在投板前就進(jìn)行了完全驗(yàn)證,，所以第一次就能設(shè)計(jì)成功的機(jī)會(huì)很高,，進(jìn)一步加速了產(chǎn)品上市時(shí)間。

　　本文小結(jié)

　　目前電路板上使用的電源數(shù)正持續(xù)增加,，甚至連電源管理算法也變得更加復(fù)雜,。然而傳統(tǒng)過(guò)時(shí)的電源管理方案仍常常被拿來(lái)用于高性能的電源管理需求，因而使電路板設(shè)計(jì)變得低效,、昂貴,、還常常需要性能折衷。

　　本文針對(duì)一些復(fù)雜的電源管理問(wèn)題提出了一個(gè)設(shè)計(jì)方案：采用可編程,、混合訊號(hào)電源管理組件,。設(shè)計(jì)師可對(duì)’電源管理PLD’進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并在整個(gè)系統(tǒng)電路板上采用該組件，因而降低了成本,、增加了可靠性并加快了產(chǎn)品上市時(shí)間,。