介紹

電子系統(tǒng)在所有行業(yè)都變得越來越復(fù)雜，這已不是什么秘密。這種復(fù)雜性如何滲透到電源設(shè)計中的情況不太明顯。例如，功能復(fù)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(yīng)用程序功能集。這些設(shè)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(nèi)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(guān)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(shè)計和調(diào)試變得更加復(fù)雜。

可擴展性

應(yīng)用板所需的電壓軌數(shù)量是板復(fù)雜性的函數(shù)。電源設(shè)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(shè)備通常最多有 16 個導(dǎo)軌，并且設(shè)計為可以輕松應(yīng)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(fù)雜性就會迅速增加，需要設(shè)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(fù)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(wù)。在級聯(lián)系統(tǒng)中，復(fù)雜性隨著電壓軌數(shù)量的線性增加呈指數(shù)增長。設(shè)計人員采用了創(chuàng)造性的級聯(lián)定序器方法來降低復(fù)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(fù)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(gòu)，其中連接到 IDB 的每個 ADM1266 都會根據(jù)系統(tǒng)條件轉(zhuǎn)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?？偩€通信是透明的，因此設(shè)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(shè)計人員只需學習如何使用一個設(shè)備進行簡單和復(fù)雜的設(shè)計，消除了不同設(shè)備的多個學習曲線。級聯(lián)多個設(shè)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(yīng)。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(jié)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(jié)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(yīng)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(chǎn)生這個復(fù)雜的序列。在具有多個定序器的系統(tǒng)中，重要的是一個設(shè)備上的事件信息與板上的其他設(shè)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(fù)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(shè)計

傳統(tǒng)上，使用單個定序器設(shè)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(shè)計通常很簡單：設(shè)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(dǎo)軌重復(fù)的手動選擇/設(shè)置過程?，F(xiàn)在想象一個有 5 個音序器和 80 個導(dǎo)軌的設(shè)計。使用 GUI 手動配置 80 個導(dǎo)軌既耗時又容易出現(xiàn)人為錯誤。設(shè)計人員還必須確定如何最好地級聯(lián)多個設(shè)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(shè)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(diào)試，其功能遠不止配置 ADM1266 的各種設(shè)置。ADI Power Studio 是一款完整的開發(fā)和調(diào)試工具，可幫助設(shè)計人員實現(xiàn)穩(wěn)健的序列。它使設(shè)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(nèi)置向?qū)乖O(shè)計人員能夠在幾分鐘內(nèi)設(shè)置和配置 80 個電壓軌，如果手動完成這項任務(wù)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(dǎo)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(dǎo)軌向?qū)б龑?dǎo)設(shè)計人員完成使用相同界面配置整個序列的過程，而不管導(dǎo)軌數(shù)量如何。請注意用戶定義的自定義導(dǎo)軌名稱，以便更容易識別單個導(dǎo)軌。

設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備都將關(guān)閉。實際上，由于有兩個設(shè)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(shè)備的狀態(tài)機如圖 4 所示。

圖 4. 虛擬狀態(tài)機與設(shè)備級狀態(tài)機。

隨著軌的數(shù)量和排序要求變得越來越復(fù)雜，系統(tǒng)的虛擬狀態(tài)機和設(shè)備級別的狀態(tài)機越來越偏離。設(shè)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(shè)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(fù)雜性。這使設(shè)計人員能夠使用靈活、直觀的過程創(chuàng)建復(fù)雜的狀態(tài)機。

強大的調(diào)試工具

在任何復(fù)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(chǎn)環(huán)境。無論哪種方式，系統(tǒng)設(shè)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(shè)計相比，設(shè)計人員通常花費更多的時間進行調(diào)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(shè)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(shè)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(guān)閉所有電壓軌。這種關(guān)閉行為雖然在生產(chǎn)級產(chǎn)品中很強大，但在設(shè)計階段會妨礙調(diào)試，因為整個系統(tǒng)的故障會隱藏故障。設(shè)計師看不到森林的樹。設(shè)計人員不太可能同時在臺式機上監(jiān)控所有 80 條導(dǎo)軌，因此幾乎不可能在出現(xiàn)故障時識別有罪的導(dǎo)軌。

在理想的調(diào)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(diào)試序列充其量是一種繁瑣的做法。

ADI Power Studio 和 ADM1266 具有軟件設(shè)計環(huán)境中常見的高級調(diào)試工具，可簡化調(diào)試過程。第一個調(diào)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(zhuǎn)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(shè)計人員能夠調(diào)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(shè)計人員還可以通過對所有狀態(tài)應(yīng)用斷點來逐步執(zhí)行序列。單步的一種應(yīng)用是在啟用前檢查電壓軌的預(yù)偏置啟動。設(shè)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(shè)計人員能夠在任何狀態(tài)下暫停序列以增強調(diào)試。

另一個調(diào)試工具是黑盒記錄功能，當關(guān)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(shè)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(chǎn)應(yīng)用程序中的故障條件、協(xié)助維護和升級方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它也可以用作開發(fā)中的調(diào)試工具。例如，當設(shè)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(shè)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(chǎn)系統(tǒng)中，以幫助進行現(xiàn)場故障排除和維護以及調(diào)試。

結(jié)論

為了滿足日益復(fù)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(shè)計和調(diào)試工具滿足這些條件，從而縮短了開發(fā)和調(diào)試時間。這使設(shè)計人員能夠?qū)⒏鄷r間集中在創(chuàng)新和生產(chǎn)強大的解決方案上。

審核編輯：郭婷