介紹

電子系統(tǒng)在所有行業(yè)都變得越來越復雜，這已不是什么秘密。這種復雜性如何滲透到電源設計中的情況不太明顯。例如，功能復雜性通常通過使用 ASIC、FPGA 和微處理器來解決，以在更小的外形尺寸中豐富應用程序功能集。這些設備為電源系統(tǒng)提供了不同的數(shù)字負載，需要在一定功率水平范圍內的各種電壓軌，每個都具有高度個性化的軌容差。同樣，電源的正確啟動和關閉順序也很重要。隨著時間的推移，電路板上電壓軌數(shù)量的倍增使電源系統(tǒng)序列設計和調試變得更加復雜。

可擴展性

應用板所需的電壓軌數(shù)量是板復雜性的函數(shù)。電源設計人員可能會面對只需要 10 個電壓軌的電路板，以及需要 200 個電壓軌的電路板。定序器設備通常最多有 16 個導軌，并且設計為可以輕松應用到該數(shù)量。一旦軌道的數(shù)量超過單個定序器所支持的數(shù)量，復雜性就會迅速增加，需要設計人員了解每個定序器的變幻莫測，以及如何將其組合到復雜的系統(tǒng)中。

通常，多個定序器級聯(lián)在高計數(shù)電壓軌系統(tǒng)中，這是一項艱巨的任務。在級聯(lián)系統(tǒng)中，復雜性隨著電壓軌數(shù)量的線性增加呈指數(shù)增長。設計人員采用了創(chuàng)造性的級聯(lián)定序器方法來降低復雜性，例如使用乒乓機制或通過專用數(shù)字信號共享故障和電源良好狀態(tài)。雖然這些解決方案在相對簡單的序列中就足夠了，但它們很快在偏離簡單上電/斷電序列的系統(tǒng)中變得站不住腳。

ADM1266以真正的可擴展性解決了復雜性問題。它是 ADI 的 Super Sequencer? 部件系列的最新成員。連接多個 ADM1266 器件需要使用專用的兩線器件間總線 （IDB） 進行通信。每個 ADM1266 能夠監(jiān)測和排序 17 個電壓軌，并且最多可以并聯(lián) 16 個 ADM1266 器件來監(jiān)測和排序 257 個電壓軌，只要所有器件都連接到同一個 IDB。

ADM1266 使用單個主器件，附加的 ADM1266 器件充當從器件。這些器件使用并行架構，其中連接到 IDB 的每個 ADM1266 都會根據(jù)系統(tǒng)條件轉換到相同的下一個狀態(tài)，從而確保總線上的每個 ADM1266 保持同步。總線通信是透明的，因此設計人員在為單個 ADM1266 創(chuàng)建序列時的經(jīng)驗與為 16 個 ADM1266 器件創(chuàng)建序列的經(jīng)驗相同。該系統(tǒng)的一個顯著優(yōu)勢是設計人員只需學習如何使用一個設備進行簡單和復雜的設計，消除了不同設備的多個學習曲線。級聯(lián)多個設備就像將它們連接到同一個 IDB 一樣簡單，如圖 1 所示。

基于事件的排序

現(xiàn)代定序器不僅必須監(jiān)控電壓軌，還必須對數(shù)字信號做出反應。傳統(tǒng)的基于時間的定序器具有固定的信號，具有專用的結果和有限的功能。

讓我們以帶有可選子板的主板為例。子卡檢測信號由定序器監(jiān)控：當該信號出現(xiàn)時，定序器會啟動子卡上的電壓軌；當信號不存在時，定序器繼續(xù)主板定序程序，在電源處于良好狀態(tài)下結束。這種子卡檢測信號在大多數(shù)傳統(tǒng)定序器上是不可用的。此外，此類要求會根據(jù)應用而變化，并且可以通過通用輸入輸出引腳 （GPIO） 來解決。

另一個示例涉及為 ASIC 和 FPGA 供電，其中系統(tǒng)要求 ASIC 在 FPGA 通電之前完全通電并運行。在這種情況下，定序器按順序啟動 ASIC 電源，然后等待來自 ASIC 的數(shù)字電源良好信號。一旦 ASIC 電源良好信號被斷言，它會等待 100 ms，然后繼續(xù)為 FPGA 供電。需要一個基于事件的序列器來產生這個復雜的序列。在具有多個定序器的系統(tǒng)中，重要的是一個設備上的事件信息與板上的其他設備共享，以便它們一致行動。

電壓監(jiān)控器 OV 和 UV 比較器、GPIO 和 PDIO 等數(shù)字信號、定時器、變量和來自 IDB 的消息都輸入到功能豐富的 ADM1266 序列引擎和觸發(fā)事件中。用戶可以輕松創(chuàng)建復雜的狀態(tài)機來監(jiān)控各種事件并采取適當?shù)男袆印?/p>

圖 1. 通過 IDB 將多個 ADM1266 組合起來，可以輕松擴展具有多個 ADM1266 的序列。

加速系統(tǒng)設計

傳統(tǒng)上，使用單個定序器設計電源定序系統(tǒng)的用戶體驗與需要多個定序器的系統(tǒng)大不相同。也就是說，具有 16 個電壓的單個排序器的設計通常很簡單：設計人員使用軟件圖形用戶界面 （GUI） 來配置每個電壓軌及其排序。該過程通常是對 16 個導軌重復的手動選擇/設置過程?，F(xiàn)在想象一個有 5 個音序器和 80 個導軌的設計。使用 GUI 手動配置 80 個導軌既耗時又容易出現(xiàn)人為錯誤。設計人員還必須確定如何最好地級聯(lián)多個設備并將五個排序器的資源分配給 80 個電壓軌。大多數(shù)軟件輔助設計工具實際上并沒有提供幫助。

ADM1266 采用不同的方法。它使用基于 PC 的 ADI Power Studio? 進行配置和調試，其功能遠不止配置 ADM1266 的各種設置。ADI Power Studio 是一款完整的開發(fā)和調試工具，可幫助設計人員實現(xiàn)穩(wěn)健的序列。它使設計人員能夠在比傳統(tǒng) GUI 更高的層次上處理電源系統(tǒng)。例如，內置向導使設計人員能夠在幾分鐘內設置和配置 80 個電壓軌，如果手動完成這項任務需要幾個小時。圖 2 和圖 3 顯示了該界面的一些示例。

圖 2. ADI Power Studio 具有自定義導軌名稱，這可以極大地

圖 3. 整個系統(tǒng)的一步配置。系統(tǒng)導軌向導引導設計人員完成使用相同界面配置整個序列的過程，而不管導軌數(shù)量如何。請注意用戶定義的自定義導軌名稱，以便更容易識別單個導軌。

設計人員首先創(chuàng)建一個虛擬狀態(tài)機來滿足系統(tǒng)的要求。在單定序器設計（≤17 軌）中，GUI 的虛擬狀態(tài)機僅與定序器的狀態(tài)機匹配。隨著更多定序器的添加，虛擬狀態(tài)機會偏離單個定序器狀態(tài)機，當設備相互通信各種事件時，狀態(tài)機中需要額外的步驟。

例如，設計人員監(jiān)控定序器 1 上的兩個電壓軌和定序器 2 上的兩個電壓軌。該設計要求如果四個電壓軌中的任何一個出現(xiàn)故障，則所有設備都將關閉。實際上，由于有兩個設備，它們必須在它們之間共享一個故障信號。系統(tǒng)的虛擬狀態(tài)機和各個設備的狀態(tài)機如圖 4 所示。

圖 4. 虛擬狀態(tài)機與設備級狀態(tài)機。

隨著軌的數(shù)量和排序要求變得越來越復雜，系統(tǒng)的虛擬狀態(tài)機和設備級別的狀態(tài)機越來越偏離。設計師知道他或她想要發(fā)生什么，但必須讓測序儀協(xié)同工作以實現(xiàn)它，這是一個耗時且通常有問題的過程。ADI Power Studio 自動化了大部分狀態(tài)機創(chuàng)建過程。用戶使用 GUI 設計虛擬狀態(tài)機，而 ADI Power Studio 中的編譯器處理各種定序器之間通信的復雜性。這使設計人員能夠使用靈活、直觀的過程創(chuàng)建復雜的狀態(tài)機。

強大的調試工具

在任何復雜系統(tǒng)的開發(fā)過程中自然會出現(xiàn)錯誤。理想情況下，大多數(shù)錯誤都會在開發(fā)過程中出現(xiàn)并被根除，但有些錯誤會潛入生產環(huán)境。無論哪種方式，系統(tǒng)設計人員都必須擁有能夠快速識別故障并進行更改以解決它們的工具，因為與純設計相比，設計人員通?；ㄙM更多的時間進行調試。典型故障包括電壓軌故障和邏輯電平錯誤的信號。

讓我們繼續(xù)舉出具有 80 個電壓軌的電路板的示例，其中一個電壓軌在設計階段出現(xiàn)故障的情況并不少見。失敗可能是組件級別或配置級別的設計缺陷。無論哪種方式，識別問題始于識別麻煩的軌道。問題在于，在典型的序列中，如果任何電壓軌發(fā)生故障，那么定序器會關閉所有電壓軌。這種關閉行為雖然在生產級產品中很強大，但在設計階段會妨礙調試，因為整個系統(tǒng)的故障會隱藏故障。設計師看不到森林的樹。設計人員不太可能同時在臺式機上監(jiān)控所有 80 條導軌，因此幾乎不可能在出現(xiàn)故障時識別有罪的導軌。

在理想的調試系統(tǒng)中，一旦識別出容易發(fā)生故障的電壓軌，其他電壓軌就會保持供電，以便在系統(tǒng)的其余部分保持活動狀態(tài)時可以觀察到有問題的電壓軌的行為。雖然強行修改序列配置可以達到這個目的，但是打破序列來調試序列充其量是一種繁瑣的做法。

ADI Power Studio 和 ADM1266 具有軟件設計環(huán)境中常見的高級調試工具，可簡化調試過程。第一個調試工具以斷點的形式出現(xiàn)，其中序列在特定狀態(tài)下停止進行。在具有多個 ADM1266 器件的系統(tǒng)中，所有 ADM1266 器件都將通過狀態(tài)機轉換并在具有用戶定義斷點的狀態(tài)開始處停止。序列中的這種暫停使設計人員能夠調試故障電壓軌或驗證信號為何不在其正確的邏輯電平上。

設計人員還可以通過對所有狀態(tài)應用斷點來逐步執(zhí)行序列。單步的一種應用是在啟用前檢查電壓軌的預偏置啟動。設計人員可以單步執(zhí)行電源序列，以查看任何可能禁用的電源軌在其輸出端是否有電壓——顯示在 ADI Power Studio 的監(jiān)視器窗口部分。圖 5 顯示了用戶定義斷點的示例。

圖 5. 斷點使設計人員能夠在任何狀態(tài)下暫停序列以增強調試。

另一個調試工具是黑盒記錄功能，當關鍵事件觸發(fā)時，ADM1266 會拍攝所有電壓監(jiān)控和數(shù)字引腳狀態(tài)的快照。黑盒一旦被觸發(fā)，它就會記錄事件發(fā)生時的狀態(tài)、之前的良好狀態(tài)、事件發(fā)生的時間、部件上電和出現(xiàn)故障的次數(shù)等信息。這有助于設計人員準確定位故障并快速診斷原因。

黑盒功能在捕獲生產應用程序中的故障條件、協(xié)助維護和升級方面發(fā)揮著關鍵作用。它也可以用作開發(fā)中的調試工具。例如，當設計面臨熱室測試或機械測試時，可能無法使用臺式實驗室設備進行探測，而黑盒可以捕獲故障以供以后審查。圖 6 顯示了黑盒記錄的屏幕截圖。

圖 6. Blackbox 狀態(tài)監(jiān)控在用戶定義的事件中獲取條件快照。黑盒觸發(fā)器可以包含在生產系統(tǒng)中，以幫助進行現(xiàn)場故障排除和維護以及調試。

結論

為了滿足日益復雜的電源排序要求，解決方案必須具有可擴展性、功能豐富且直觀。ADI Power Studio 和 ADM1266 17 通道定序器通過高級設計和調試工具滿足這些條件，從而縮短了開發(fā)和調試時間。這使設計人員能夠將更多時間集中在創(chuàng)新和生產強大的解決方案上。

審核編輯：郭婷