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一种新的电源定序方法

发布时间:2008/5/26 0:00:00 访问次数:492

        

    

    目前,大部分为通信和数据处理应用而设计的电路板需要多种集成电路供电电压。长期以来,在上电和断电过程中正确的给这类电源定序一直是个设计问题,这个问题由于最新集成电路的苛刻要求而日益严重。本文考察了各类定序方法,重点阐述了具有内置定序特性的新一代模块式负载点(pol)转换器是如何提供了一种特别有成本效益的解决方案。

    硅器件制造商正逐步通过转向亚微米制造稳步地提高高性能集成电路的性能和功能特性。伴随这种趋势的是比以往任何时候都要低的工作电压,目的是为了将转换速度最大化并防止形状很小的晶体管二次击穿。因此,几乎所有的高性能集成电路,包括dsp(数字信号处理器)、asic(专用集成电路)、fpga(现场可编程门阵列)和cpld(复杂可编程逻辑器件),现在均要求几条电源轨道--一条用于高速的处理内核,一条或多条用于其输入/输出(i/o)功能。典型的内核(电压)值为1.2v,1.5v或1.8v,而i/o功能(电压)一般较高,为2.5v、3.3v或5v。

    电源定序的重要性

    为避免处理内核受到潜在的损坏和封锁,硅器件制造商严格规定了i/o和处理内核之间上电和断电电压顺序。但是满足电路板上所有器件的定序要求是一个相当大的设计挑战,因为不同的集成电路制造商推荐了不同的方法。这种要求甚至可以变得如此复杂,以致最终应用可以影响到顺序。

    设计师主要有三种电源定序方法可以选择,即通常所说的顺次(定序)、对比度量(定序)和同步(定序)。对于顺次定序,一旦相配的延迟时间过去,主电源的上升控制次电源的上升。对比度量定序此时则是一个变式,它从主电源上的电阻分压器那里获得二次电源控制信号。它基本上只采用了少数几种调压器集成电路,因此本文不作讨论。同步定序是:允许所有电源以相同的速率一起开始上升直至每个电源达到其设定值。这种方法最有可能满足由不同集成电路制造商规定的定序要求,文中将详述。

    顺序定序的各种途径

    给电源定序最简单的形式是在次电源遥控开/关(on/off)输入端和主电源之间设置rc网络,次电源一般是一种经隔离的或非隔离的dc/dc转换器或功率调节器模块。这种方法的主要不足之处是如果较早的电压未上升,则无法保证后来的电压不会上升。因此设计师通常要将一个电压比较器和一个电压基准包含进去以确保第二个电源开始上电之前,第一个电源处于正确的电压范围内,见图1所示。这个过程可以在连续供电时反复进行。

    

    

    图1

    这种方法的缺点是所要求的附加电路复杂,特别是当需要按照与启动相反的顺序关闭时。印制板设计师采用这种定序方法是比较容易的__几家专业集成电路制造商生产含有这种电路的监控用集成电路,但是它占用了宝贵的印制板空间,带来了额外的费用成本,并且随着电压供应的上升,变得不实用。图2示出了一种基于分立元件的典型的电路,它采用了一种监控用集成电路来监视三个dc/dc转换器模块的输出值。

    

    

    图2 基于分立元件的典型的电路

    在上电过程中,一旦监控用集成电路确定三个转换器全部到达各自的额定调节值,轨道电压被同步加到负载上。这种方法的困扰是元件数量多,而且设计师必须让每个电源通道置入mosfet(金属氧化物半导体场效应管)功率开关。这些功率开关带来了损失,而且他们只能传输较低的负载电流。

    有几家半导体制造商还生产全集成定序器,它本质上是一种控制板载电源顺序的微处理器并且具有其它电源调节功能如监控。全集成定序器提供了一种比分立rc装置更方便且更精确的定序方法,其设置还相当的灵活,但是他们一般是复杂器件,需要编程并且还要适用于多种印制板的结构,他们代表着一种过于复杂的解决方案。设计师通常需要再次将功率开关安装在电源通道内。由于在定序器和每个转换器之间必须规定几条信号线的顺序,同时限制功能特性,因此印制板的设计是复杂的,而且定序器可能比他们控制的转换器更昂贵。

    随着许多制造商推出新一代pol转换器,这种情况已经开始明显的改变,新一代pol转换器具有内置的电源定序装置而且电流输出值介于6a至30a之间。

    新型定序方式

    auto-track作为pth系列pol转换器的电源定序标准,是由artesyn 科技、德州仪器和astec

        

    

    目前,大部分为通信和数据处理应用而设计的电路板需要多种集成电路供电电压。长期以来,在上电和断电过程中正确的给这类电源定序一直是个设计问题,这个问题由于最新集成电路的苛刻要求而日益严重。本文考察了各类定序方法,重点阐述了具有内置定序特性的新一代模块式负载点(pol)转换器是如何提供了一种特别有成本效益的解决方案。

    硅器件制造商正逐步通过转向亚微米制造稳步地提高高性能集成电路的性能和功能特性。伴随这种趋势的是比以往任何时候都要低的工作电压,目的是为了将转换速度最大化并防止形状很小的晶体管二次击穿。因此,几乎所有的高性能集成电路,包括dsp(数字信号处理器)、asic(专用集成电路)、fpga(现场可编程门阵列)和cpld(复杂可编程逻辑器件),现在均要求几条电源轨道--一条用于高速的处理内核,一条或多条用于其输入/输出(i/o)功能。典型的内核(电压)值为1.2v,1.5v或1.8v,而i/o功能(电压)一般较高,为2.5v、3.3v或5v。

    电源定序的重要性

    为避免处理内核受到潜在的损坏和封锁,硅器件制造商严格规定了i/o和处理内核之间上电和断电电压顺序。但是满足电路板上所有器件的定序要求是一个相当大的设计挑战,因为不同的集成电路制造商推荐了不同的方法。这种要求甚至可以变得如此复杂,以致最终应用可以影响到顺序。

    设计师主要有三种电源定序方法可以选择,即通常所说的顺次(定序)、对比度量(定序)和同步(定序)。对于顺次定序,一旦相配的延迟时间过去,主电源的上升控制次电源的上升。对比度量定序此时则是一个变式,它从主电源上的电阻分压器那里获得二次电源控制信号。它基本上只采用了少数几种调压器集成电路,因此本文不作讨论。同步定序是:允许所有电源以相同的速率一起开始上升直至每个电源达到其设定值。这种方法最有可能满足由不同集成电路制造商规定的定序要求,文中将详述。

    顺序定序的各种途径

    给电源定序最简单的形式是在次电源遥控开/关(on/off)输入端和主电源之间设置rc网络,次电源一般是一种经隔离的或非隔离的dc/dc转换器或功率调节器模块。这种方法的主要不足之处是如果较早的电压未上升,则无法保证后来的电压不会上升。因此设计师通常要将一个电压比较器和一个电压基准包含进去以确保第二个电源开始上电之前,第一个电源处于正确的电压范围内,见图1所示。这个过程可以在连续供电时反复进行。

    

    

    图1

    这种方法的缺点是所要求的附加电路复杂,特别是当需要按照与启动相反的顺序关闭时。印制板设计师采用这种定序方法是比较容易的__几家专业集成电路制造商生产含有这种电路的监控用集成电路,但是它占用了宝贵的印制板空间,带来了额外的费用成本,并且随着电压供应的上升,变得不实用。图2示出了一种基于分立元件的典型的电路,它采用了一种监控用集成电路来监视三个dc/dc转换器模块的输出值。

    

    

    图2 基于分立元件的典型的电路

    在上电过程中,一旦监控用集成电路确定三个转换器全部到达各自的额定调节值,轨道电压被同步加到负载上。这种方法的困扰是元件数量多,而且设计师必须让每个电源通道置入mosfet(金属氧化物半导体场效应管)功率开关。这些功率开关带来了损失,而且他们只能传输较低的负载电流。

    有几家半导体制造商还生产全集成定序器,它本质上是一种控制板载电源顺序的微处理器并且具有其它电源调节功能如监控。全集成定序器提供了一种比分立rc装置更方便且更精确的定序方法,其设置还相当的灵活,但是他们一般是复杂器件,需要编程并且还要适用于多种印制板的结构,他们代表着一种过于复杂的解决方案。设计师通常需要再次将功率开关安装在电源通道内。由于在定序器和每个转换器之间必须规定几条信号线的顺序,同时限制功能特性,因此印制板的设计是复杂的,而且定序器可能比他们控制的转换器更昂贵。

    随着许多制造商推出新一代pol转换器,这种情况已经开始明显的改变,新一代pol转换器具有内置的电源定序装置而且电流输出值介于6a至30a之间。

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