在多電壓軌環(huán)境中,電源定序歷來(lái)是個(gè)備受關(guān)注的重要話題。在電壓升降過(guò)程中,數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)和微處理器等器件對(duì)電源的順序和電壓都有著不同的要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guān)系到器件工作和器件長(zhǎng)期可靠性的問(wèn)題。
如果電源定序不當(dāng),系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性就會(huì)降低,同時(shí)也會(huì)破壞系統(tǒng)內(nèi)的靜電釋放(ESD)保護(hù)功能。尤其是當(dāng)一些功能模塊必須先于其它功能模塊通電時(shí),上述的電源定序問(wèn)題更突顯其重要性了。因?yàn)楫?dāng)芯片長(zhǎng)期處于電源定序不當(dāng)?shù)南到y(tǒng)中,就會(huì)縮短其生命周期,甚至?xí)l(fā)電路鎖存效應(yīng)。
鎖存效應(yīng)通常發(fā)生在電壓和電流超過(guò)器件的正常操作水平時(shí)。當(dāng)系統(tǒng)帶有數(shù)字轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)器等外圍器件時(shí),配備專門(mén)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(shè)計(jì)師避免鎖存效應(yīng):使能管腳_T(Enable_T)(已編程時(shí)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(shè)計(jì)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(guān)系。
下文將詳細(xì)介紹在特定情況下系統(tǒng)設(shè)計(jì)師該使用哪些電源定序功能。簡(jiǎn)言之,系統(tǒng)設(shè)計(jì)師能夠通過(guò)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(shè)計(jì)師已開(kāi)發(fā)出了固件,那么I2C功能的應(yīng)用將會(huì)是最廣泛的。而具備客戶化已編程時(shí)序的系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就無(wú)需考慮復(fù)雜的軟件或硬件,因?yàn)橄到y(tǒng)可以自動(dòng)給穩(wěn)壓器上電。
可編程電源定序的使能管腳
1．定時(shí)
LP3906/LP3907使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以非常靈活地定時(shí)控制不同穩(wěn)壓器,直至它們上升到各自默認(rèn)的編程電壓水平。有了EN_T管腳,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者就可以利用芯片內(nèi)置的預(yù)設(shè)斜波延時(shí)的功能,這對(duì)于處理器或存儲(chǔ)器定時(shí)的系統(tǒng)非常有用。
2．I2C可控
斜波延時(shí)也可以通過(guò)I2C控制,或者說(shuō)具有出廠可編程功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以對(duì)指定延時(shí)進(jìn)行編程,然后將使能管腳(EN_T)線拉高啟動(dòng)電源定序功能。
表1顯示穩(wěn)壓器延時(shí)情況。延時(shí)期間,穩(wěn)壓器開(kāi)始啟動(dòng)直至上升到默認(rèn)編程電壓水平。當(dāng)然,使能管腳EN_T從高向低拉時(shí),還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相似的斷電序列。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)注意的是,當(dāng)使能管腳EN_T從低向高切換時(shí),無(wú)論穩(wěn)壓器是否已啟動(dòng),它都將按照預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)序運(yùn)行。所以我們建議,應(yīng)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(rèn)編程電壓。
請(qǐng)注意,使能管腳 EN_T被調(diào)高時(shí),只能通過(guò)I2C控制來(lái)禁用每一個(gè)穩(wěn)壓器。但是,使能管腳EN_T在正常工作的時(shí)候就沒(méi)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(guò)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(shè)置使能管腳EN_T通電和斷電情況下的預(yù)設(shè)延時(shí)時(shí)序；
動(dòng)態(tài)改變穩(wěn)壓器的電壓；
迫使降壓穩(wěn)壓器進(jìn)入PWM模式。
圖1:LP3906/LP3907電源定序功能概述。
如果設(shè)計(jì)師想節(jié)省斷路IQ電流,最好是通過(guò)軟件來(lái)控制芯片,因?yàn)榭刂破髂軌蛲ㄟ^(guò)I2C與PMU通信。設(shè)計(jì)者可以要求穩(wěn)壓器的出廠設(shè)置為OFF(關(guān)),這樣就無(wú)需在外部使能管腳上使用上拉電阻。穩(wěn)壓器可以通過(guò)軟件使能來(lái)輕松加電。
I2C控制的優(yōu)勢(shì)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(shè)計(jì)師想關(guān)斷電壓已上升的穩(wěn)壓器是,I2C的優(yōu)勢(shì)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(gè)穩(wěn)壓器。
I2C還可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師對(duì)系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障進(jìn)行主動(dòng)監(jiān)控。任何一個(gè)穩(wěn)壓器停滯或失調(diào),控制寄存器就會(huì)出現(xiàn)故障,而且被系統(tǒng)微處理器識(shí)別。因此設(shè)計(jì)師可以根據(jù)發(fā)出的故障信號(hào)類(lèi)型(如,熱過(guò)載信號(hào))采取適當(dāng)?shù)姆婪洞胧?/p>
通過(guò)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(shè)計(jì)師對(duì)任何電源定序的需求。
如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)師只需要基本的、簡(jiǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)。外部電壓控制使能管腳可以在高低兩檔間切換,以開(kāi)關(guān)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(guò)系統(tǒng)控制器設(shè)定GPIO來(lái)實(shí)現(xiàn)。
要想使穩(wěn)壓器不被占用或禁用,最簡(jiǎn)單的方法是置低穩(wěn)壓器的使能管腳。
本文小結(jié)
根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電源定序的不同需求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)師會(huì)用到電源管理單元LP3906/LP3907的不同特性。電源定序可以幫助設(shè)計(jì)師規(guī)避成本高昂的鎖存效應(yīng)。LP3906/LP3907的用途非常廣泛,可提供系統(tǒng)控制功能,如自動(dòng)通電和斷電定序、可變定時(shí)、故障與中斷管理以及電源監(jiān)控等。
作者:
Jonathan Guan
應(yīng)用工程師
美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司
