計(jì)算機(jī)外設(shè)的電源管理
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設(shè)計(jì)PCIe電源管理時需要應(yīng)對大量挑戰(zhàn)。例如：
.浪涌電流隨每個設(shè)計(jì)而變化，但是不能有任何瞬時超過PCIe最大的電源電流規(guī)范。浪涌電流的幅度和持續(xù)時間取決于電路板的輸入電容和其他各種因素，如FPGA或ASIC的啟動電流。
.針對每個應(yīng)用，卡可能需要不同的熱插拔控制器電路。
.定時可能會延長到超過100ms PERST#信號，延緩復(fù)位時序、實(shí)現(xiàn)電源上電、FPGA配置時間和CPU復(fù)位。
.設(shè)計(jì)必須足夠快，以至于在熱拔出時能夠瞬間響應(yīng)并使電路板斷電，從而不破壞系統(tǒng)。
.所有電源都應(yīng)監(jiān)測欠壓和過壓條件，從而保證工作數(shù)據(jù)的完整性。
.電源時序應(yīng)該是靈活的，因?yàn)樗鼘τ诿總€應(yīng)用而言是唯一的，需要根據(jù)設(shè)計(jì)更改的需要而改變。
.包含CPU等復(fù)雜芯片的電路板通常在I/O電壓初始化前需要一個穩(wěn)定的內(nèi)核電壓
分立設(shè)計(jì)的限制
這些挑戰(zhàn)如何解決？傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)PCIe卡電源管理的方法是使用一個分立的解決方案。圖4說明了這樣一個方法，熱插拔控制器、定序器、監(jiān)控器、復(fù)位發(fā)生器和看門狗定時器都單獨(dú)實(shí)現(xiàn)。然而，這種方法有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。分立的實(shí)現(xiàn)方案需要研究數(shù)據(jù)手冊，以便從廣泛的器件中進(jìn)行選擇。分立的設(shè)計(jì)不靈活，因?yàn)槿魏卧O(shè)計(jì)上的變化或者一個不同的應(yīng)用，都將需要不同的分立器件組合。依靠R/C網(wǎng)絡(luò)建立的時序和控制電路，它們的時序?qū)S著元器件、使用時間和電源電壓的變化而改變。最后，由于來自多個廠商的器件之間的互操作性問題，導(dǎo)致分立設(shè)計(jì)對諸如意外拔出等故障情況的響應(yīng)速度慢。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202339.htm
圖4——電源管理的分立實(shí)現(xiàn)
集成的解決方案
電源管理集成到一個系統(tǒng)能顯著降低成本，不僅可以提供所有電源管理功能，而且避免了相同功能的重復(fù)實(shí)現(xiàn)。共享資源的功能可以合并。例如，多個電壓監(jiān)控器、定序器、熱插拔控制器、復(fù)位發(fā)生器集成電路和微調(diào)和裕度的功能，可以使用一塊集成電路實(shí)現(xiàn)。一個非常精確的帶隙基準(zhǔn)可以由多種功能共享，進(jìn)一步降低成本而不犧牲準(zhǔn)確性和可靠性。更重要的是，集成將消除分立解決方案中的通信時間延遲?？梢栽趲资⒚雰?nèi)實(shí)現(xiàn)故障響應(yīng)，而不是使用微處理器監(jiān)控的系統(tǒng)通常所需的幾百毫秒。微調(diào)、裕度和電壓測量可以通過添加一個ADC和一個DAC輕松實(shí)現(xiàn)。
ASIC可以結(jié)合一些電源管理所需的分立器件。但是，它們通常需要一些額外的集成電路，包括一個微處理器來實(shí)現(xiàn)解決方案，并且還包括一些不屬于該應(yīng)用所需的功能。此外，基于ASIC的解決方案很難仿真，而且作為一種“固定”的方法，它要求任何更改都在電路板外實(shí)現(xiàn)。
另一種更有效的方法是使用一個單一的集成電源管理IC。通過集成所有的電源管理功能，解決了分立解決方案的幾個關(guān)鍵問題。來自不同供應(yīng)商的獨(dú)立器件所引起的內(nèi)部通信以及對系統(tǒng)錯誤情況響應(yīng)慢的問題得到緩解：可以在短短幾微秒內(nèi)進(jìn)行處理。整體成本也降低了，因?yàn)殛P(guān)鍵的功能由幾個通道共享。
例如，萊迪思POWR1014A集成了10個可編程電壓監(jiān)控器，使用一個帶隙基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了所有通道0.3％的電壓監(jiān)測精度。
圖5——POWR10414A結(jié)構(gòu)
內(nèi)部時鐘和內(nèi)置數(shù)字定時器解決了使用外部R/ C網(wǎng)絡(luò)的器件所引起的不精確的問題。數(shù)字I/O、可編程定時器和CPLD內(nèi)核監(jiān)測PERST#和PRSNT#，并且產(chǎn)生特定卡的時序以確保正確的時序和配置。根據(jù)輸入可以產(chǎn)生額外的信號，通知系統(tǒng)復(fù)位或欠壓情況。POWR1014A包含兩個充電泵，用于控制N溝道的MOSFET。通過改變柵極電壓和充電率，同時監(jiān)控系統(tǒng)的電流和電壓以保證滿足PCIe的限制，可以很容易地為每個應(yīng)用定制熱插拔功能。CPLD內(nèi)核可以輕松地為各種應(yīng)用、電路板和供應(yīng)商更改而修改設(shè)計(jì)。使用萊迪思的PAC- Designer設(shè)計(jì)軟件，可以很容易地配置輸入和輸出，對CPLD內(nèi)核進(jìn)行編程。
總結(jié)
PCI Express已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了個人電腦和附加卡之間的接口和時序。各種應(yīng)用需要為每一個獨(dú)特的電流、時序、電壓和定序功能定制設(shè)計(jì)。分立的解決方案昂貴且缺乏精確的時序、精度低，還有由于較多元器件材料所引起的可靠性問題和一旦設(shè)計(jì)需要更改時的靈活性問題。萊迪思的POWR1014A將PCIe電源管理集成到了一個精確、靈活、可編程和低成本解決方案中。
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