面向系统的板级电源管理方法：CompactPCI电路板的电源管理案例研究

　　由于Power Manager II是可编程的，在分配功能至特定的I/O引脚方面有很大的灵活性。由于这个原因，出于明确起见，U1的脚被赋予相应的描述性的标签，在此特定应用中对应它们的编程功能。在其他应用中，该器件的引脚可通过使用莱迪思的PAC-Designer设计软件赋予不同的功能和相应的名称。

　　图3莱迪思半导体公司的ispPAC-POWER1220AT8支持cPCI电源管理系统所需的主要功能。对于电源开关，电流监测和高电压接口（+/- 12V）功能需要外部的有源器件。

　　对于这个设计，需要一些外部的有源器件，以支持电源开关，高电压（+/- 12V）接口，或电流测量功能。 MOSFET　M1－ M4处理实际的负载开关。对于M1和M2，Power Manager II的电荷泵MOSFET驱动器输出可以产生足够的电压对它们直接控制，通过MOSFET的栅极电压的斜率控制，也可以提供软启动功能。M3 和M4用来切换+/-12V 电压, 需要用外部的元器件来实施电平的转换。 　

　　U1的电压监控输入可直接检测0至5.75V的电压范围，可用于直接监测多个电源电压。但是在+12V电源供电的情况下，需要有一个外部电阻分压器，将12V电压降至一个合适的范围。使用电阻分压器转换到3.3V正电压，也可以检测-12V电源电压。外部电流传感电阻（RSENSE1，RSENSE2）和电流检测放大器（U2，U3）能够监测3.3V和5V电源线上的电流。
除了Power Manager II的通用数字和模拟I/O，器件还提供一个I2C数字接口，用独立的监控处理器可以进行控制和监测。在cPCI板上实施高级监测和诊断功能时，这个功能是很有用的。

　　cPCI 板的管理

　　除了硬件之外，cPCI电源控制器也需要一些协调操作的逻辑处理。适当处理的定义往往是比支持硬件的定义实施更为复杂的任务，特别表现在要求硬件和软件密切配合实现功能。例如，图3电路可以在3.3V和5V线上对浪涌电流进行限制，而不需要硬件电流调节器。当电路板插入背板时，控制器（U1）处于等待状态，直到电源电压趋于稳定，以及/BD_SEL信号变为激活状态。使用U1的软启动MOSFET驱动器，然后打开MOSFET M1和M2。不断监测流经M1和M2的电流，如果电流增加超过可编程的阈值，关闭M1和M2。然后电流开始迅速下降，当它低于阈值时，MOSFET再重新打开。这一过程不断持续，直到3.3V和5V电压达到正常的工作电压和电流值。在硬件和逻辑功能之间分割浪涌电流限制功能的话，就可以使硬件更简单，更便宜。　

　　规范板级电源管理

　　使用可编程器件作为电源系统控制器的一个优点是可以直接对控制逻辑和I/O的分配做出修改，在产品开发过程中提供很大的益处。而且，这种灵活性还为企业提供了好处。使用ispPAC-POWER1220AT8这样的可编程电源管理芯片使设计人员和设计部门建立一个或多个公用平台，只需稍加修改就可以迅速地适用于各种项目。

　　总结

　　本文用具有辅助POL稳压器的CompactPCI热插拔控制器为例，介绍了面向系统的方法来设计电源管理系统。用硬件和逻辑基元设计定义设计要求简化了硬件设计，使很多复杂的设计转成用可编程逻辑实现。这种方法使得设计既降低了成本，还可以随时在特定的cPCI板上进行修改。　

　　可选边栏：电源管理：微控制器对比ispPAC Power Manager

　　微控制器和基于CPLD的器件，如Lattice的Power Manager II器件显然是满足复杂电源管理需求的候选器件，尽管每个都代表了完全不同的基本设计理念。这两种类型的器件具有各自的优势，在特定的应用中，根据需求进行更适合的选择。

　　数据转换：微控制器通常会依赖有前端多路复用的模数转换器，以监控若干个电压输入，而Power Manager II对每个输入都设置了单独的阈值或窗口比较器。微控制器有着检测电源故障（毫秒）非常缓慢的缺点，而Power Manager II具有真正的同步监测的优点，大大加快了对电源故障的检测（微秒）。　

控制器的工作，通过任务切换必须'模拟'并行处理。基于同步状态机/组合逻辑模式， Power Manager II器件可以实现真正的并行处理。它能够对外部的事件做出快速的反应，也可能导致在设计中概念上比多任务处理更加简单。

　　错误恢复：在基于微控制器的实时系统中，看门狗定时器是一个关键的器件，如果代码执行过程中出错，它能够有效地重启控制器。但这取决于不同的看门狗定时器的周期，在错误得到纠正之前，代码可能已执行了数百毫秒。相反，当使用Power Manager II的基于同步状态机的模式，合适的定义未使用的状态，将在一个时钟周期内纠正错误状态。此外，正在执行的组合逻辑功能完全不可能跑飞。

　　在实际设计中，Power Manager II和微控制器可以成为互补的功能。Power Manager II最适合处理时间受限的功能，如电压和电流监测，热插拔和复位控制。在同一系统中，微控制器最好用来管理需复杂的算法和板外通信的任务，诸如背板故障诊断和监测。