论电源系统的时序设计和调试的重要性

2019-12-30来源: EEWORLD关键字:电源系统  时序设计

简介

 

各行各业的电子系统都变得越来越复杂,这已经不是什么秘密。至于这种复杂性如何渗透到电源设计中,却不是那么明显。例如,功能复杂性一般通过使用ASIC、FPGA和微处理器来解决,在更小的外形尺寸中融入更丰富的应用特性。这些设备向电源系统提供不同的数字负载,要求使用不同功率等级的多种电压轨,每一种都具有高度个性化的电压轨容差。同样,正确的电源开启和关断时序也很重要。随着时间推移,电路板上电压轨的数量成倍增加,使得电源系统的时序设计和调试变得更加复杂。

 

可扩展性

 

应用电路板所需的电压轨数量与电路板的复杂度紧密关联。电源设计人员面对的电路板可能只需要10个电压轨,也可能需要多达200个电压轨。时序控制器设备最多需要约16个电压轨,设计时很容易达到这个数量。一旦电压轨数量超过单个时序控制器支持的数量,复杂度会急剧上升,要求设计人员了解每种时序控制器的各种变化情况,以及如何将其融入复杂系统。

 

通常,在高电压轨数系统中级联多个时序控制器并不容易实现。在级联系统中,随着电压轨数量线性增加,复杂度呈指数增长。设计人员可采用一些创新的方法实现时序控制器级联,以简化设计,比如采用乒乓机制,或者通过专用的数字信号共享故障和电源良好状态。虽然这些解决方案足以应付相对简单的时序,但对于复杂的上电/关断时序,这些解决方案显然力不从心。

 

ADM1266具备真正的可扩展性,可以解决复杂性问题。它是ADI Super Sequencer®超级时序控制器系列中的最新产品。连接多个ADM1266设备时,需要使用专用的双线器件间总线(IDB)进行通信。每个ADM1266均可监测和控制17条电压轨的时序,只要所有这些设备都连接至同一个IDB,可并联多达16个ADM1266设备,以监测和控制257条电压轨的时序。

 

ADM1266使用一个主设备,其他的ADM1266设备则充当从设备。这些设备采用并行架构,其中每个连接到IDB的单个ADM1266根据系统状况转换到相同的下一个状态,确保总线上的每个ADM1266同步。总线通信是透明的,因此设计人员为单个ADM1266设备和为16个ADM1266设备创建时序的感觉是一样的。该系统的一个明显优势,就是设计人员只需要学习如何使用一个设备完成简单和复杂的设计,无需针对每个不同设备多次学习。级联多个设备就像将它们连接到同一个IDB一样简单,如图1所示。

 

基于事件的定序方案

 

现代时序控制器不仅要监测电压轨,还必须对数字信号做出反应。传统的基于时间的时序控制器具有固定的信号,获得定制效果,功能有限。

 

我们以带可选子板的主板为例。时序控制器监控子卡的信号检测:当该信号存在时,时序控制器会调出子卡上的电压轨;当信号不存在时,时序控制器继续执行主板时序控制程序,在电源达到良好状态时结束。大多数传统型时序控制器不提供这种子卡信号检测。此外,这种要求会随应用而变化,可以使用通用输入输出引脚(GPIO)来解决。

 

另一个示例涉及为ASIC和FPGA供电,其中系统要求在为FPGA供电之前,ASIC完全通电并运行。在这种情况下,时序控制器按顺序调出ASIC电源,然后等待来自ASIC的数字电源状态良好信号。一旦确认ASIC电源状态良好信号,它将等待100毫秒,然后继续为FPGA供电。需要一个基于事件的时序控制器来生成这个复杂的时序。在具有多个时序控制器的系统中,需要将一个设备上的事件信息与板上的其他设备共享,使它们行动一致,这一点非常重要。

 

电压监控器OV和UV比较器、数字信号(如GPIO和PDIO)、定时器、变量,以及来自IDB的消息,所有这些都会馈送给功能丰富的ADM1266时序引擎,从而触发事件。用户可以轻松创建复杂的状态机,用以监测各种事件并采取适当的操作。

 

 

图1.可以通过IDB将多个ADM1266组合在一起,轻松扩展时序。

 

加快系统设计

 

传统上,使用单个时序控制器设计上电时序系统的用户体验与设计需要使用多个时序控制器的系统时的体验有很大的不同。也就是说,用单个时序控制器控制16个电压的设计通常很简单:设计人员可以使用软件图形用户界面(GUI)来配置每个电压轨及其时序。其过程通常是针对16个电压轨重复进行手动选择/设置操作。现在想象一下采用5个时序控制器和80条电压轨的设计。使用GUI手动配置80条电压轨不但耗时,且很容易出错。设计人员还必须确定如何以最佳方式级联多个设备,以及将5个时序控制器的资源分配给80个电压轨。大多数软件辅助设计工具实际上并不能提供任何帮助。用户必须理解时序控制器IC的特定功能,并通过GUI发布明确指令,每个项目都需要迅速学习大量内容。

 

ADM1266采用了一种不同的方法。它使用基于PC的ADI Power Studio™ 进行配置和调试,不只是配置ADM1266的各种设置。ADI Power Studio是一款完整的开发和调试工具,可以帮助设计人员实现稳健的时序。相比传统GUI,它让设计人员能够以更高水平处理电源系统。例如,内置向导能够帮助设计人员在几分钟内设置和配置80条电压轨,如果手动操作,完成这项任务需要几个小时。图2和图3所示为一些界面示例。

 

 

图2。ADI Power Studio可自定义电压轨名称,这可以大幅

 

 

图3。一步配置整个系统。无论电压轨数量是多少,系统电压轨向导通过相同界面,引导设计人员完成整个序列配置过程。注意,用户自定义的电压轨名称有助于迅速轻松识别各电压轨。

 

设计人员首先要创建一个虚拟状态机来满足系统的要求。在单个时序控制器设计中(≤17条电压轨),GUI的虚拟状态机与时序控制器的状态机相匹配。随着添加更多时序控制器,虚拟状态机与单个时序控制器状态机之间出现差异,在设备彼此之间就各种事件通信时,需要在状态机中采取额外步骤。

 

例如,设计人员在时序控制器1上监测两条电压轨,在时序控制器2上也监测两条电压轨。该设计要求,如果这四条电压轨中的任何一条出现故障,那么所有一切都将关闭。实际上,因为这里有两个设备,它们之间必须共享故障信号。系统的虚拟状态机和各个设备的状态机如图4所示。

 

 

图4.虚拟状态机与设备级状态机。

 

随着电压轨数量增加,定序需求变得愈加复杂,系统级虚拟状态机和设备级状态机的差异也越来越大。设计人员知道自己的设计目标,但必须通过时序控制器协同工作来实现,这个过程不但耗时,且通常漏洞很多。ADI Power Studio让大部分状态机创建流程实现了自动化。用户使用GUI来设计虚拟状态机,而ADI Power Studio则通过编译器来处理各种时序控制器之间的复杂通信。这让设计人员能够通过灵活、直观的流程创建复杂的状态机。

 

功能强大的调试工具

 

在开发任何复杂系统的过程中,难免会出现漏洞。理想情况下,大多数漏洞出现后,都会在开发过程中根除,但有些漏洞会悄无声息地进入生产环节。无论哪种情况,系统设计人员拥有合适的工具,能够快速识别故障并更改解决,这一点至关重要,通常设计人员用于调试的时间远超纯设计时间。典型的故障包括电压轨故障和信号的逻辑电平错误。

 

现在,我们继续以具有80条电压轨的电路板为例,在电路板设计过程中,其中一条电压轨出现故障的情况很常见。故障可能是组件级或配置级设计缺陷导致的。无论如何,要找出问题的起因,首先还是要找出导致故障的电压轨。问题是,在典型时序中,如果任意一个电压轨发生故障,那么时序控制器会关闭所有电压轨。这种关断行为,虽然对于量产级产品很可靠,但在设计阶段却会妨碍调试,因为这种个别故障会隐藏在整个系统的故障之中。使设计人员一叶障目。设计人员不太可能同时监测所有80条电压轨,因此几乎不可能在电压轨出现故障时第一时间找出它。

 

在理想的调试系统中,一旦确定了容易发生故障的电压轨,其他电压轨会保持通电状态,这样,在检查故障电压轨行为的同时,系统的余下部分可以保持正常运行。虽然强制修改时序配置可以实现这一目标,但以打破时序的方式来调试时序充其量只是一种麻烦的方法。

 

ADI Power Studio和ADM1266配有软件设计环境中常见的高级调试工具,可以简化调试过程。第一个调试工具以断点的形式出现,在特定状态下,时序会停止前进。在采用多个ADM1266器件的系统中,所有ADM1266器件都将通过状态机进行转换,在到达包含用户定义的断点的状态时停止。这种时序暂停让设计人员能够调试出现故障的电压轨,或者确认信号的逻辑电平错误的原因。

 

设计人员还可以对所有状态应用断点,以便逐步检查整个时序。单步执行应用方法用于在启用电压轨之前,检查它们的预偏置启动状况。设计人员可以采用单步方式检查整个上电时序,查看任何可能被禁用的电压轨输出端是否有电压—这会显示在ADI power Studio的监视器窗口部分。图5显示用户自定义的断点示例。

 

 

图5.断点让设计人员能够在任何状态下暂停时序,以深化调试。

 

另一个调试工具是黑盒记录功能,其中,ADM1266会在黑盒被关键事件触发时捕获所有电压监测和数字引脚的状态快照。一旦黑盒被触发,它会记录诸如事件发生时的状态、之前的良好状态、事件发生的时间、部件上电的次数和出现故障的次数等信息。这有助于设计人员查明故障并快速诊断原因。

 

在生产应用中,黑盒特性在捕获故障状况、协助维护和升级方面发挥着关键作用。它也可以用作开发过程中的调试工具。例如,在设计要经受热室测试或机械测试时,是不可能使用台式实验室设备进行探测的,但黑盒可以记录故障,以供后续查看。图6所示为黑盒记录的屏幕截图。

 

 

图6.黑盒状态监测会获取用户定义事件的状况快照。黑盒触发器可以应用于生产系统,帮助排除现场故障,以及进行维护和调试。

 

结论

 

为了应对日益复杂的上电时序需求,解决方案必须可以扩展、功能丰富且直观易用。ADI Power Studio和ADM1266 17通道时序控制器满足这些条件,采用先进的设计和调试工具来缩短开发和调试时间。这让设计人员能够将更多时间用于创新和构建稳健的解决方案。

关键字:电源系统  时序设计 编辑:muyan 引用地址:http://news.nvwayi.com/mndz/ic484182.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:儒卓力推出具有PWM输出的英飞凌NFC无线配置IC
下一篇:技术文章—如何实现均匀散热的并联设计

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

Vicor推出兼容VITA 62 的全新电源系统系列
Vicor公司日前宣布推出兼容 VITA 62 电源的全新电源系统产品系列,专为 3U 开放式 VPX 系统精心设计,可在坚固的传导散热底座中实现高效率和高功率密度。初始产品支持额定 28V 或 270V DC 输入电压,可提供 3.3V 至 12V 的预设输出电压,提供高达 600W 的功率。需要不同输出电压或功率等级的客户可申请定制电源来满足其规格要求。 该系列产品已经过全面测试,将符合 MIL-461F 和 MIL-704F 标准。此外,28V 输入版本也符合 MIL-1275D 标准。 型号额定输入电压封装尺寸输入电压范围+12V+5V+3.3V+3.3V+12V
发表于 2019-04-03
电源系统能否助力自动驾驶疾速发展?
半导体行业创造大好良机,因为将其付诸实现将要求许多系统增加大量的硅技术内容。这些硅技术内容将由数字和模拟集成电路(IC)组成。 图1.2 MHz时提供5 V、4 A和3.3 V、4 A输出的LT8650S简化原理图。 模拟IC 全自动驾驶汽车显然将配备众多由不同的数字和模拟IC组成的电子系统。它们将包括高级驾驶员辅助系统(ADAS)、自动驾驶计算机、自动停车辅助、盲区监测、智能巡航控制、夜间视觉、激光雷达等,不胜枚举。所有这些系统都需要多种不同的电压轨和电流电平,以确保其正常工作。它们可以直接从汽车电池和/或交流发电机供电,在某些情况下,也可以从经由这些电压轨进行了后级调节的电源轨供电。后者通常发生
发表于 2019-02-15
<font color='red'>电源系统</font>能否助力自动驾驶疾速发展?
ADI数字电源系统管理功能的双通道 10A µModule 稳压器
ADI宣布推出 Power by Linear™ LTM4686,该器件是一款双通道 10A 或单通道 20A 超薄型降压型 µModule® 稳压器,具有一个 PMBus 接口,采用 16mm x 11.9mm x 1.82mm LGA 封装。1.82mm 的封装高度使得 LTM4686 在 PC 板上可放置到非常靠近其负载 (例如 FPGA 或 ASIC) 的地方,同时两个扁平封装器件可共用一个散热器。超薄型封装使 LTM4686 还能够安装在 PCB 的背面,从而省出正面空间以用于放置存储器和收发器 IC 等组件。这使得 LTM4686 适合高度受限的应用,例如机架安装的电信交换器和路由器、RAID 系统以及测试和测量设备
发表于 2018-08-17
ADI数字<font color='red'>电源系统</font>管理功能的双通道 10A µModule 稳压器
纳微在中国开设GaNFast™研发中心以支持创新
通过世界级的尖端知识和合作实现新一代高频、高效、高密度电源系统 纳微(Navitas)今天宣布在杭州开设新的GaNFast研发中心,以帮助合作伙伴和客户设计技术领先的电源转换器;相比传统的硅MOS管方案,这些新设计能让体积缩小50%,重量减轻50%,可为移动应用终端提供快3倍的充电速度。 纳微高级应用总监兼新研发中心负责人徐迎春表示:“GaNFast研发中心拥有产品设计经验丰富的高水平应用工程师团队,将专注于开发高频、高效、高功率密度的电源系统,并协助客户充分发挥GaNFast功率IC的关键性能和优势。我们拥有开发新型先进电源架构的工具、技能和资源,同时能够确保开发高效率、优异的热性能和EMI性能等关键技术
发表于 2018-06-21
TI公司的汽车信息娱乐电源系统参考设计
    TI公司的PMP15014是汽车信息娱乐电源系统参考设计,采用一级功率系统满足高输入电压的需求,并提供不同负载的低压多个输出,还提供瞬态和极性相反保护,工作频率2.1MHz,以避开AM频段,具有优异的EMI性能.参考设备选用LM53625-Q1/LM53635-Q1同步降压稳压器.本文介绍了LM53625-Q1/LM53635-Q1主要特性,功能框图,LM53635通用应用电路图和几种典型应用电路,以及汽车信息娱乐电源系统PMP15014主要特性,电路图,材料清单和PCB设计图.  The LM53625-Q1/LM53635-Q1 synchronous buck regulator is opTImized for
发表于 2018-04-22
基于MSP430单片机的发控时序检测系统电路设计
  基于MSP430F149单片机,设计一种发控时序检测系统。该系统运用数字信号处理技术、计算机自动控制技术等,在点火触头和对接插头采集发控信号,并对信号的电压幅值、电流大小、信号噪声、信号上升、下降沿宽度进行分析,显示检测信号与标准值的偏差并给出评估值;同时检测对接的可靠性,对同一号管进行三次对接并分析信号的差异,从而评估对接的可靠性;详细记录每次的检测数据,每次检测时都与历史数据进行对比分析,得出同一号管数据的变化规律及与其他所有管数据的一致性,从而确定发控系统的潜在故障,给出维修指导。该检测系统不仅使检测数据准确、过程简化,还节省时间,能有效提高火箭炮的作战效能。  基于MSP430F149的最小系统设计
发表于 2020-09-02
基于MSP430单片机的发控<font color='red'>时序</font>检测系统电路<font color='red'>设计</font>
小广播
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 nvwayi.com, Inc. All rights reserved
送彩金论坛 qq等级送彩金线上娱乐 澳客彩票 全讯网送彩金 免存送彩金 申请免费自动送彩金 生日送彩金的博彩公司 充值1元送彩金 银行卡送彩金 篮彩送彩金