寻求最佳电源管理架构

“完美是无法达到的，但如果我们追求完美，我们就可以追求卓越。”——文斯·隆巴迪

消费者对新技术的渴望是无法满足的。为了满足这一需求，工程师们不断努力使产品更小、更快、更便宜、更好。随着尺寸的缩小和复杂性的增加，我们经常发现，长期以来很好的服务于我们的技术不再满足我们的需求。我们必须与我们的设计一起发展。

今天的电路板(CB)比前几代要复杂得多，并且已经开始对当前的电路板级设计方法的能力造成压力。在电源管理体系结构中可以看到这一点。已经有几种常用的方法，但是随着设计复杂性的增加，每一种方法都要进行权衡，这变得越来越令人不快。

作为回应，我们开发了一种新的电源管理架构，可以提供最佳性能，安全性和灵活性，同时需要更少的设计工作和实现成本。但在我们介绍这一新的电源管理架构之前，我们将探讨本博客系列的第一次安装中现有设计的优缺点。bob88体育登陆

有效负载与硬件管理

现代电路板通常分为两个功能块:有效负载管理和硬件管理。在大多数电路板中，80-90%的CB是专门用于“有效载荷”功能(即数据/控制平面元素和/或处理器)。剩余的10-20%预留给电路，执行硬件级监控、控制或内务功能，包括温度和电源管理。

电源管理（PM）是硬件管理的关键部分，因为它负责在其规定的限制内的每个电源的操作及其“启用”在系统上电或断电期间排序。它还负责在故障和复位条件下正确排序供应。温度管理部分确保电路板上的IC在允许的温度范围内运行。硬件管理部分的其余部分负责执行各种管家功能，包括系统/子系统复位，JTAG链管理，I2C通信，逻辑电平转换，接口桥接和其他板级控制任务。

不幸的是，大多数现有的硬件管理架构都有难度扩展，以解决现代有效载荷的日益复杂性，从而造成昂贵的挑战。如今，硬件管理经常消耗整体材料清单的不成比例。虽然本节通常仅占董事会的10-20％，但其设计/调试工作可能会消耗多达30-40％的整体开发时间。

电源管理组件

大多数配电网络采用分层或分层的方法，有三种不同的DC-DC变换器:

1. 输入供应将板的输入电源电压转换为主板轨电压，然后由板的其他DC-DC转换器使用。
2. 董事会共同供应产生两个或多个有效负载设备(ASIC, SOC, CPU等)之间共享的电压。
3. 设备用品用于电源单个有效载荷设备。

在板级，电源管理部门必须确保只有当输入电源和用于给电路板负载组件供电的DC-DC转换器在安全范围内时，集成电路才能运行。为了实现这一点，电路板电源管理部分应该能够执行以下四类关键功能:

1. 监测“权力很好”- 确保所有电源电压都在安全限制范围内，而电路板正常运行。寻找过电压和欠压故障。当检测到故障时，启动池池的动作，例如激活“复位”和“Power_OK”信号或启动断电排序。
2. 排序管理上下电—按照特定的顺序开启或关闭DC-DC转换器，以防止逻辑错误或电路损坏。
3. 发送控制信号-对负载设备产生与功率相关的控制信号(Reset、Power OK等)，确保负载设备在上电顺序完成后可以开始操作，或在下电顺序启动前终止操作。
4. 遥测或电压和电流测量- 在正常操作期间，一些电路板需要执行某些或全部DC-DC转换器的电压测量。

电源排序将是基于时间的或基于事件的。在基于时间的排序系统中，管理电路在必要时以预定义的延迟打开固定序列的电源，以防止逻辑错误或损坏IC。当请求正常关闭时或检测到故障状态时，使用单个固定的禁用信号序列来关闭电路板。相比之下，基于事件的解决方案可以为不同的故障提供不同的响应。它们还可以为不同的故障级别提供故障依赖性的断电排序。基于事件的测序使设计人员能够满足现代设备供应要求。在许多情况下，基于事件的测序将是强制性的，以防止对大型SOC和FPGA的损害。

因此，设计人员通常使用可以使用算法实现电源管理功能的布置。一种这样的常见布置是使用PLD或控制PLD。该控制PLD可以是基于宏小区的PLD，CPLD或小FPGA。

在我们的下一篇文章中，我们将查看我们的第一个架构，它使用控制PLD用于电源管理功能。

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