在多电压轨环境中,电源定序历来是个备受关注的重要话题。在电压升降过程中,数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)和微处理器等器件对电源的顺序和电压都有着不同的要求。系统设计师要更充分的发掘电源管理器件的潜能,透彻的了解系统电源定序的需求。

电源定序的必要性

在研究具有电源管理工能的芯片之前,我们必须重视关系到器件工作和器件长期可靠性的问题。

如果电源定序不当,系统设计的可靠性就会降低,同时也会破坏系统内的静电释放(ESD)保护功能。尤其是当一些功能模块必须先于其它功能模块通电时,上述的电源定序问题更突显其重要性了。因为当芯片长期处于电源定序不当的系统中,就会缩短其生命周期,甚至会引发电路锁存效应。

锁存效应通常发生在电压和电流超过器件的正常操作水平时。当系统带有数字转换器和存储器等外围器件时,配备专门的电源定序功能就显得格外重要。

PMU的电源定序功能概述

LP3906和LP3907电源管理单元(PMU)具有以下电源定序功能,从而帮助系统设计师避免锁存效应:使能管脚_T(Enable_T)(已编程时序)；I2C；外部使能管脚。

根据处理器/控制器的不同功能和系统的不同需求,设计者可以采用不同的芯片特性组合方案。图1显示了PMU中三种电源定序功能间的相互关系。

下文将详细介绍在特定情况下系统设计师该使用哪些电源定序功能。简言之,系统设计师能够通过软件(I2C)或硬件(外部使能管脚,EN_T)控制稳压器。

如果系统设计师已开发出了固件,那么I2C功能的应用将会是最广泛的。而具备客户化已编程时序的系统在设计时就无需考虑复杂的软件或硬件,因为系统可以自动给稳压器上电。

可编程电源定序的使能管脚

1．定时

LP3906/LP3907使系统设计师可以非常灵活地定时控制不同稳压器,直至它们上升到各自默认的编程电压水平。有了EN_T管脚,系统设计者就可以利用芯片内置的预设斜波延时的功能,这对于处理器或存储器定时的系统非常有用。

2．I2C可控

斜波延时也可以通过I2C控制,或者说具有出厂可编程功能。系统设计师可以对指定延时进行编程,然后将使能管脚(EN_T)线拉高启动电源定序功能。

表1显示稳压器延时情况。延时期间,稳压器开始启动直至上升到默认编程电压水平。当然,使能管脚EN_T从高向低拉时,还会产生一个相似的断电序列。

系统设计师应当注意的是,当使能管脚EN_T从低向高切换时,无论稳压器是否已启动,它都将按照预设的延时时序运行。所以我们建议,应从外部调低稳压器的使能管脚,从而防止稳压器在使能管脚EN_T被切换之前上升到默认编程电压。

请注意,使能管脚 EN_T被调高时,只能通过I2C控制来禁用每一个稳压器。但是,使能管脚EN_T在正常工作的时候就没有必要使用I2C。

软件可控使能管脚(I2C)

如图1所示,软件可控使能管脚足以控制稳压器状态。可以通过I2C按照如下方式控制电源管理单元PMU:

启用和禁用稳压器；

设置使能管脚EN_T通电和断电情况下的预设延时时序；

动态改变稳压器的电压；

迫使降压稳压器进入PWM模式。

图1:LP3906/LP3907电源定序功能概述。

如果设计师想节省断路I_Q电流,最好是通过软件来控制芯片,因为控制器能够通过I2C与PMU通信。设计者可以要求稳压器的出厂设置为OFF(关),这样就无需在外部使能管脚上使用上拉电阻。稳压器可以通过软件使能来轻松加电。

I2C控制的优势之一是可以与使能管脚EN_T以及外部使能管脚配合使用。如果系统设计师想关断电压已上升的稳压器是,I2C的优势就更加突显了。即使外部使能管脚被拉高,I2C仍然可以禁用任何一个稳压器。

I2C还可以为系统设计师对系统中出现的故障进行主动监控。任何一个稳压器停滞或失调,控制寄存器就会出现故障,而且被系统微处理器识别。因此设计师可以根据发出的故障信号类型(如,热过载信号)采取适当的防范措施。

通过软件,电源管理单元PMU就变成了一款多用途芯片,能够处理系统设计师对任何电源定序的需求。

如果系统设计师只需要基本的、简单的电源定序功能,可以使用芯片的外部电压控制使能管脚来实现。外部电压控制使能管脚可以在高低两档间切换,以开关芯片。外部使能管脚支持外部电阻下拉,以及软件控制的下拉功能,后者是通过系统控制器设定GPIO来实现。

要想使稳压器不被占用或禁用,最简单的方法是置低稳压器的使能管脚。

本文小结

根据系统对电源定序的不同需求,系统设计师会用到电源管理单元LP3906/LP3907的不同特性。电源定序可以帮助设计师规避成本高昂的锁存效应。LP3906/LP3907的用途非常广泛,可提供系统控制功能,如自动通电和断电定序、可变定时、故障与中断管理以及电源监控等。

作者:

Jonathan Guan

应用工程师

美国国家半导体公司