PCB科技 - 針對PCB設計優化的可程式設計電源

PCB電源 管理通常涉及向PCB供電的所有方面. 一些常見的問題包括：

1、選擇各種DC-DC轉換器為PCB供電；

2、電源開閉順序/跟踪；

3、電壓監測；

4。

在本文中，電源管理簡單定義為：對PCB上的所有電源（包括：DC-DC轉換器、LDO等）進行管理。 電源管理包括以下功能：管理PCB上的DC-DC控制器。 例如，熱插拔、軟啟動、排序、跟踪、容差和調節； 生成所有相關的功率狀態和控制邏輯訊號。 例如，重置訊號生成、電源故障訓示（監測）和電壓管理。 圖1展示了帶有CPU或微處理器的PCB上的典型電源管理功能； 熱插拔/軟啟動控制功能用於限制湧流，以减少電源的啟動負載。 這是PCB插入有源（帶電）基板的重要功能； 功率排序和跟踪功能用於控制如何在滿足PCB上所有設備的通電順序要求的前提下打開/關閉多個電源。 監控所有電壓是否存在故障（過電壓/欠電壓），以警告處理器即將發生的電源故障。 該功能也稱為“監督功能”。

處理器通電時，重置生成功能為處理器提供可靠的啟動條件。 在處理器的所有工作電源穩定後，一些處理器要求重置訊號保持一段時間。 這也稱為重置脈衝拉伸。 重置生成器的功能是，當電源無法防止車載閃存出現意外錯誤時，將處理器保持在重置模式。

傳統電源管理解決方案的局限性

傳統上，PCB上的每個電源管理功能都由一個單獨的功能IC實現。 對於不同的電壓組合，這些集成電路具有不同的模型。 通過這種管道，有數百種來自不同製造商的單功能集成電路模型，以滿足不同的電源管理需求。 例如，為了選擇重置發電機IC型號，必須提供以下資訊：

1、復位發電機IC需要監控的電壓電路數量；

2、電壓組合（3.3、2.5、1.2或3.3、2.5、1.8等）；

故障檢測電壓的3%（3.3V-5%、3.3V-10%等）；

4、準確度（3%、2%、1.5%等）；

5、由外部電容器控制的復位脈衝擴展功能；

6、手動復位輸入

為了應對這些參數的所有可能變化, 只有一個復位發電機集成電路, 只有一個製造商可以擁有數百種型號. 此外, if the engineer needs to monitor another voltage (probably) during the design process, 他必須選擇另一種不同型號的產品. 類似地, 許多單功能集成電路有許多模型, 例如熱插拔控制器, 功率定序器, 和電壓監測器/探測器, 即使它們只有相同的功能，並且有許多基於不同參數的模型. 系統的每個PCB由 多塊PCB 需要這些單功能集成電路的不同組, 這也新增了材料成本.

PCB設計的複雜性不斷增加

如果單功能電源管理集成電路的使用是可管理的，那麼這將是一個古老的故事。 許多印刷電路板現在通常使用多個多電壓設備，每個設備有不同的通電順序。 工藝節點越精細，設備所需的電壓越低，但電流越大。 設計者通常需要使用每個多電壓電源IC的一個負載點。 這樣，PCB上使用的電源數量將新增。 隨著電源電壓回路的新增和對多序列管理的需要，電源管理變得更加複雜。

隨著PCB設計變得越來越複雜，傳統的電源管理解決方案變得更加難以招架。 現時，使用傳統單功能集成電路實現電源管理的設計者可能不得不放弃對某些電壓的監測，或為每個電源管理功能選擇多個單功能設備。 以下兩種方法不可取。

1、新增PCB面積，降低可靠性

單功能集成電路數量的新增和後續互連不僅新增了PCB面積，而且從統計角度降低了PCB的可靠性。 例如，它可能會新增裝配錯誤的概率，從而導致不可預測（絕對糟糕）的結果。

2、第二供應通路和設計折衷

如果從不同供應商處購買單功能設備，則即使其中一個設備未按時到位，也會新增生產延遲的風險。 這反過來又導致了對第二供應通路的需求。 然而，第二個通道將降低設計工程師的設備可用性，囙此這些不可用的設備迫使設計人員犧牲PCB故障監測覆蓋率。

組裝和測試成本與系統中使用的設備數量成比例。 設備的組織成本與購買的數量成反比。 由於給定系統中需要許多設備，並且構建系統所需的每個設備都减少，囙此總體系統成本新增。 例如，如果一個系統有10塊PCBA，那麼每年將製造1000個這樣的系統。 如果每個PCB使用一個單功能IC來實現電源管理，則需要大約10個不同的單功能IC來完成設計。 這些單功能集成電路的年需求量為1000。 當然，1000個批次的單價高於10000個批次的單價。 囙此，以前的電源管理解決方案的成本肯定高於使用相同單功能電源管理IC的所有PCB。

由多個單功能集成電路器件實現的傳統電源管理方案在20世紀80年代已經過時。 當時，數位設計師使用TTL門來實現邏輯功能。 隨著PCB複雜性的新增，設計者必須在選擇固定功能ASIC或新增使用的TTL門數量這兩個選項之間進行選擇。 毫不奇怪，系統設計中使用的TTL設備數量正在急劇增加。

可程式設計邏輯器件（PLD）的出現使設計者能够在給定的PCB單元區域內實現更多功能，並縮短了上市時間。 隨著系統中使用的設備數量的减少，總體系統成本也降低。 由於相同的可程式設計邏輯器件可用於多種設計，囙此减少了系統中使用的器件數量。 該公司可以在不犧牲每個PCB所需功能的情况下標準化少量PLD設備。

管理少量PLD比管理許多TTL門容易得多. 同一PLD可用於多個 PCB設計s, 從而减少甚至消除對第二供應通道的需求. 在設計項目板之前，設計者可以使用軟件類比設計, 從而新增了成功的機會. 現時, 使用單功能電源管理集成電路與過去使用TTL門一樣過時. 設計當今複雜的PCB需要“電源管理PLD”. 的確, 現在，該設備的使用應為 PCB設計.

使用單個可程式設計電源管理設備的典型PCB電源管理實現。 可程式設計電源管理設備需要可程式設計的類比和數位部件，以簡化多個傳統單功能電源管理設備的集成。 設計者可以配寘可程式設計類比部分來監測一組電壓組合，而不必求助於專業配寘的工廠程式設計單功能設備。

需要使用電源管理設備的可程式設計數位部分來定義PCB的邏輯，該邏輯與可程式設計電源監控功能相結合，以實現復位生成、電源故障中斷生成和每個電源的排序。 基於軟件的可程式設計設計方法使電源管理設備能够為特定PCB提供各種電源管理功能。