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智能功率控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2008-04-15 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

構(gòu)建和維護(hù)合適的環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的正確運(yùn)行非常關(guān)鍵。對(duì)的控制和管理越來(lái)越受到重視,無(wú)論是簡(jiǎn)單的手持式便攜設(shè)備,還是多服務(wù)器機(jī)架系統(tǒng),都希望能夠節(jié)省能耗、降低成本。


采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)和專用集成電路(ASIC)的可能需要4~5個(gè)甚至更多的電源,需要按照預(yù)先設(shè)定的順序和電壓攀升率完成上電,從而避免諸如閂鎖、電涌或I/O競(jìng)爭(zhēng)等問題。此外,許多應(yīng)用都要求上電順序和電壓攀升率可調(diào)節(jié),以適應(yīng)不同的應(yīng)用。


利用創(chuàng)新的混合信號(hào)可編程系統(tǒng)芯片(PSC)與 32位ARM Cortex-M1處理器相結(jié)合的優(yōu)勢(shì),可以開發(fā)出可修改的控制解決方案,大幅減少部件數(shù)目、板卡尺寸和系統(tǒng)成本,同時(shí)提高可靠性、靈活性和系統(tǒng)可用性。集成在混合信號(hào)PSC中的Cortex-M1處理器除了能夠監(jiān)控總線電壓、電機(jī)電流和速度外,還能完成診斷任務(wù)。

功率控制


功率控制涉及如下基本要求:提供系統(tǒng)所需的所有電壓;控制每個(gè)器件的上電順序,維持系統(tǒng)的完整性,防止諸如閉鎖、電涌或I/O競(jìng)爭(zhēng)之類的問題;在不需要某些器件時(shí)關(guān)閉該器件,而在需要時(shí)順暢地開啟;在待機(jī)狀態(tài)下維持最低限度的功能運(yùn)行,以節(jié)省功耗,并按照一定的時(shí)間間隔或在需要時(shí)喚醒系統(tǒng)。


在專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品 (ASSP) 中實(shí)現(xiàn)這些功能需要標(biāo)準(zhǔn)的功率供給方案。采用可編程解決方案則能適應(yīng)多系統(tǒng)要求??删幊探鉀Q方案還允許日后對(duì)系統(tǒng)升級(jí)和細(xì)調(diào)。目前市場(chǎng)上的許多可編程功率模塊都需要與某種形式的處理器共用,獲取各電源開關(guān)控制的指令。

面向智能功率控制的混合信號(hào)PSC


由于多電源、多I/O組件的應(yīng)用、 I/O標(biāo)準(zhǔn)不斷變化,以及調(diào)節(jié)上電順序和電壓攀升率的需求,板級(jí)電源管理變得越來(lái)越復(fù)雜,因此,人員需要靈活且能上電即用的功率管理器件。如圖1所示,混合信號(hào)PSC具有嵌入式閃存、FPGA架構(gòu)、四線模擬I/O結(jié)構(gòu)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC),可為智能功率控制提供智能化及簡(jiǎn)捷靈活的解決方案。

圖1 混合信號(hào)PSC體系架構(gòu)


可編程混合信號(hào)PSC,如Actel Fusion,能實(shí)現(xiàn)上電順序、實(shí)時(shí)電壓監(jiān)視、分析和控制。這些功能都集成在單芯片中,減少了部件數(shù)目,從而大大降低了材料成本、板卡尺寸和組裝成本。該方案僅使用一個(gè)器件,所以功耗更低,而且能根據(jù)采樣電壓進(jìn)行配置,可監(jiān)視多達(dá)30路模擬信號(hào)并控制多達(dá)10個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電路,而這些電路的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度可編程,能夠控制多電源系統(tǒng)的上電順序和電壓攀升率。混合信號(hào)PSC還能通過監(jiān)視器定時(shí)器或外部觸發(fā)器完成系統(tǒng)喚醒操作,可關(guān)閉除某一器件外的整個(gè)系統(tǒng)。某些混合信號(hào)PSC還具有管理智能電池充電的能力,這是提升系統(tǒng)功率控制的另一種智能方式。

MicroTCA的智能功率控制實(shí)例


由于這些解決方案能使系統(tǒng)管理和智能功率管理應(yīng)用的集成度提高至前所未有的水平,因此,單芯片PSC能夠減少典型MicroTCA電源模塊的材料清單成本,在某些情況下能夠減少超過50%。與速度慢及基于軟件的微控制器解決方案不同,混合信號(hào)PSC用FPGA邏輯門實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部電壓監(jiān)控和切換功能,如圖2所示,因而能達(dá)到MicroTCA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100μs開關(guān)速度指標(biāo)。

圖2 MicroTCA電源模塊示例


如圖3所示,在高級(jí)夾層卡(AMC)示例中,采用單芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理和智能功率控制的高級(jí)夾層卡部件數(shù)減少,其好處是比采用微控制器和許多分立元件實(shí)現(xiàn)的典型高級(jí)夾層卡性能更高、功能更豐富。客戶可以使用混合信號(hào)PSC來(lái)集成有效載荷和管理功能,以實(shí)現(xiàn)更高的部件集成度并降低成本。此外,一些混合信號(hào)PSC器件還具有電信服務(wù)供應(yīng)商通常都需要的系統(tǒng)內(nèi)變更和升級(jí)功能。

圖3 AMC板卡示例


此外,如Cortex-M1等IP核可以支持MicroTCA處理,通過IPMI接口實(shí)現(xiàn)基板和網(wǎng)絡(luò)管理及衛(wèi)星控制,這些IP核也可用于機(jī)架管理及載板管理IPM-C 接口。

總結(jié)


智能功率控制的可發(fā)揮創(chuàng)新的混合信號(hào)PSC和集成于其中的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)處理器的優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是簡(jiǎn)單的手持式便攜設(shè)備,還是多服務(wù)器機(jī)架系統(tǒng),在尺寸相同的情況下,將混合信號(hào)PSC和Cortex-M1軟核處理器集成,便能夠?qū)崿F(xiàn)更多功能



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