利用MAX16046系统管理IC进行排序

CPU、ASIC、FPGA、存储器等复杂器件通常需要电源排序。MAX16046提供高度集成的排序、监测和电源裕量调节解决方案。本应用笔记介绍了一个利用多个器件实现特定排序要求的示例，并给出了利用MAX16046实现该系统的具体步骤。

引言

现代电子器件具有复杂的供电要求，需要多路电源电压。电源必须能够提供I/O供电电压、CPU、ASIC和FPGA核供电电压、PLL供电电压以及存储器终端供电电压。其它器件则需要高压、大电流或低噪声电源供电，例如无线收发器、超声变送器和LCD或等离子显示屏等。

采用多电源供电的设计要求设计人员严格关注供电顺序问题。每路电源都必须按照指定顺序开启，从而避免将复杂的多电压供电IC内部的保护二极管正向偏置。如果只是简单地同时开启电源，IC可能存在可靠性问题，甚至闭锁。

除电源排序外，某些系统还需要裕量调整。电压裕量调整指通过控制电源电压确保电压处于容差范围内，保证系统可靠运行。

Maxim提供多种电源管理方案，本应用笔记集中介绍了MAX16046，能够对多达12路电源进行排序、监测和裕量调整。

系统示例

本文以下述假设系统为例，该系统是一块带有MPC8548处理器和Virtex® 5 FPGA的通用电路板，表1列出了该设计中复杂IC所要求的不同供电电压。

表1. 电源电压要求

1. VDD
2. AVDD_n, BVDD, LVDD, OVDD, SVDD, TVDD, XVDD
3. GVDD

Virtex 5采用以下供电顺序：

1. VCCINT
2. VCCAUX
3. VCCO

每款器件都规定每路电源的最大上电时间为50ms。Virtex 5还要求电源的上升时间不得快于0.2ms。

图1所示的方框图可以很方便地实现电路的供电要求。


图1. 电源框图

由于3.3V DC-DC转换器为下游所有负载点DC-DC转换器供电，因此，要求3.3V电源至少能够提供10A电流。n沟道MOSFET控制3.3V电源用于IO供电，0.9V LDO为1.8V DDR2-SDRAM存储器提供VTT。

现在，我们确定了测试系统的电源排序和监测要求，接下来可以利用MAX16046构建系统。

利用MAX16046进行监测、排序和裕量调整

硬件配置

如上所述，MAX16046可对多达12路电源进行监测、排序和裕量调整。监测门限、供电顺序、裕量参数以及其它配置值储存在器件内部的EEPROM。可通过SMBus™或JTAG接口读取实时监控数据，该数据有助于在开发期间检查供电顺序。

如果工作期间发生电源故障，MAX16046能够自动关断电源并触发可配置故障输出报警。该器件还可以配置为在内部EEPROM储存故障信息，以便随后进行分析，故障信息包括电源电压和通道状态。这一功能对于那些在实验室运行正常，但在现场出现故障的电路板进行分析非常有帮助。一旦发生故障，将锁存EEPROM，后续故障将不会覆盖已经储存的故障数据。

图2中的局部电路显示了MAX16046在图1所示电源架构中的连接。MAX16046控制每路电源的使能输入并监测输出。该器件还控制用于3.3V I/O供电的串联旁路MOSFET。MAX16046的DAC输出连接到几个电源的反馈点，实现裕量调整。


图2. MAX16046的局部电路图

图3所示是MAX16046外围的详细电路图，包括电源连接和在线编程连接。低电平有效的SYSTEM_RESET信号连接至MPC8548和Virtex 5的复位输入。预警信号可以向MPC8548报警，启动完全关断和软关断模式；严重故障的指示信号可以连接到一个控制3.3V电源的锁存器，在发生严重过压事件时将其关断(FAULT2完全可编程，但在本应用中设置为过压监测)。看门狗定时器输入WDI连接至MPC8548，使MAX16046能够在MPC8548不能提供WDI时触发SYSTEM_RESET。低电平有效的MARGINUP#和MARGINDN#连接至测试点TP1和TP2，在生产或原型评估期间用于裕量调整。


图3. MAX16046详细原理图

本例中，通过JTAG连接完成在线编程。SDA和SCL连接至MPC8548，由此可通过查询MAX16046获取故障信息或实时测量电压值。应用笔记4285：“MAX16046–MAX16049 EEPROM可编程系统管理器的在线编程”详细介绍了在线编程方法。

当EN电压超过0.525V (典型值)时，MAX16046开始控制电源排序；当电压下降至低于0.5V (典型值)时，MAX16046将对电源进行反向排序。在12V电源输出端提供足够大的电容对于确保成功完成反向排序至关重要。门限设置为11.7V，以便在发生这种情况时能够提供足够的电容储能支持反向排序。对于软关断情况，亦可通过SMBus或JTAG控制电源。

与VCC串联的二极管使VCC的电容能够在故障状态下向MAX16046供电。故障状态存储最多需要204ms将故障数据写入至MAX16046的非易失EEPROM。利用MAX16046数据资料中的公式(如下所示)可得出所需要的最小电容值为157µF：

一旦完成上电排序，MAX16046则释放SYSTEM_RESET，从而使处理器和FPGA能够初始化并开始正常工作。

软件配置

MAX16046配置软件提供了一种方便的方式输入配置参数，无需研究寄存器映射或进行没完没了的计算。电路板上安装的MAX16046通过以下几个步骤完成配置：

第1步
将电源信息输入配置软件的设置标签页(见图4)。


详细图片(PDF, 544kB)
图4. 已输入参数的MAX16046配置软件的设置标签页

在类似电子表格的数据表中，每行表示一个电源。1.8V DDR2电源是双输出电源，所以该行添加了一个“子项”，表示第2路监测输入。点击该行，然后点击Add Subitem按钮为该电源添加额外的监测通道。

欠压和过压值以百分比输入。点击Write to Registers按钮后，该软件将自动计算将要加载至MAX16046寄存器的值。

如图5所示，通过Margining Calculator输入裕量调整参数。在给定电源的基准电压和三个电阻值后，裕量调整计算器将自动计算电压范围，它将确定调高电压裕量或调低电压裕量所需要的寄存器值。


图5. 3.3V电源的裕量