在多電壓軌環境中,電源定序歷來是個備受關注的重要話題。在電壓升降過程中,數字信號處理器(DSP)、現場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)和微處理器等器件對電源的順序和電壓都有著不同的要求。系統設計師要更充分的發掘電源管理器件的潛能,透徹的了解系統電源定序的需求。

電源定序的必要性

在研究具有電源管理工能的芯片之前,我們必須重視關系到器件工作和器件長期可靠性的問題。

如果電源定序不當,系統設計的可靠性就會降低,同時也會破壞系統內的靜電釋放(ESD)保護功能。尤其是當一些功能模塊必須先于其它功能模塊通電時,上述的電源定序問題更突顯其重要性了。因為當芯片長期處于電源定序不當的系統中,就會縮短其生命周期,甚至會引發電路鎖存效應。

鎖存效應通常發生在電壓和電流超過器件的正常操作水平時。當系統帶有數字轉換器和存儲器等外圍器件時,配備專門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,從而幫助系統設計師避免鎖存效應:使能管腳_T(Enable_T)(已編程時序)；I2C；外部使能管腳。

根據處理器/控制器的不同功能和系統的不同需求,設計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系。

下文將詳細介紹在特定情況下系統設計師該使用哪些電源定序功能。簡言之,系統設計師能夠通過軟件(I2C)或硬件(外部使能管腳,EN_T)控制穩壓器。

如果系統設計師已開發出了固件,那么I2C功能的應用將會是最廣泛的。而具備客戶化已編程時序的系統在設計時就無需考慮復雜的軟件或硬件,因為系統可以自動給穩壓器上電。

可編程電源定序的使能管腳

1．定時

LP3906/LP3907使系統設計師可以非常靈活地定時控制不同穩壓器,直至它們上升到各自默認的編程電壓水平。有了EN_T管腳,系統設計者就可以利用芯片內置的預設斜波延時的功能,這對于處理器或存儲器定時的系統非常有用。

2．I2C可控

斜波延時也可以通過I2C控制,或者說具有出廠可編程功能。系統設計師可以對指定延時進行編程,然后將使能管腳(EN_T)線拉高啟動電源定序功能。

表1顯示穩壓器延時情況。延時期間,穩壓器開始啟動直至上升到默認編程電壓水平。當然,使能管腳EN_T從高向低拉時,還會產生一個相似的斷電序列。

系統設計師應當注意的是,當使能管腳EN_T從低向高切換時,無論穩壓器是否已啟動,它都將按照預設的延時時序運行。所以我們建議,應從外部調低穩壓器的使能管腳,從而防止穩壓器在使能管腳EN_T被切換之前上升到默認編程電壓。

請注意,使能管腳 EN_T被調高時,只能通過I2C控制來禁用每一個穩壓器。但是,使能管腳EN_T在正常工作的時候就沒有必要使用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壓器狀態。可以通過I2C按照如下方式控制電源管理單元PMU:

啟用和禁用穩壓器；

設置使能管腳EN_T通電和斷電情況下的預設延時時序；

動態改變穩壓器的電壓；

迫使降壓穩壓器進入PWM模式。

圖1:LP3906/LP3907電源定序功能概述。

如果設計師想節省斷路I_Q電流,最好是通過軟件來控制芯片,因為控制器能夠通過I2C與PMU通信。設計者可以要求穩壓器的出廠設置為OFF(關),這樣就無需在外部使能管腳上使用上拉電阻。穩壓器可以通過軟件使能來輕松加電。

I2C控制的優勢之一是可以與使能管腳EN_T以及外部使能管腳配合使用。如果系統設計師想關斷電壓已上升的穩壓器是,I2C的優勢就更加突顯了。即使外部使能管腳被拉高,I2C仍然可以禁用任何一個穩壓器。

I2C還可以為系統設計師對系統中出現的故障進行主動監控。任何一個穩壓器停滯或失調,控制寄存器就會出現故障,而且被系統微處理器識別。因此設計師可以根據發出的故障信號類型(如,熱過載信號)采取適當的防范措施。

通過軟件,電源管理單元PMU就變成了一款多用途芯片,能夠處理系統設計師對任何電源定序的需求。

如果系統設計師只需要基本的、簡單的電源定序功能,可以使用芯片的外部電壓控制使能管腳來實現。外部電壓控制使能管腳可以在高低兩檔間切換,以開關芯片。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,后者是通過系統控制器設定GPIO來實現。

要想使穩壓器不被占用或禁用,最簡單的方法是置低穩壓器的使能管腳。

本文小結

根據系統對電源定序的不同需求,系統設計師會用到電源管理單元LP3906/LP3907的不同特性。電源定序可以幫助設計師規避成本高昂的鎖存效應。LP3906/LP3907的用途非常廣泛,可提供系統控制功能,如自動通電和斷電定序、可變定時、故障與中斷管理以及電源監控等。

作者:

Jonathan Guan

應用工程師

美國國家半導體公司