如何簡化並實現複雜的電源時序控制

電源時序控制是微控制器、FPGA、DSP、ADC和其他需要多個電壓軌供電的器件所必需的一項功能。這些應用通常需要在數字I/O軌上電前對內核和模擬模塊上電，但有些設計可能需要採用其他序列。無論如何，正確的上電和關斷時序控制可以防止閂鎖引發的即時損壞和ESD造成的長期損害。此外，電源時序控制可以錯開上電過程中的浪湧電流，這種技術對於採用限流電源供電的應用十分有用。

本文討論使用分立器件進行電源時序控制的優缺點，同時介紹利用ADP5134內部精密使能引腳實現時序控制的一種簡單而有效的方法ADP5134內置2個1.2-A 降壓調節器與2個300-mA LDO。同時，本文還列出一系列IC,可用於要求更高精度、更靈活時序控制的應用。

圖1 所示為一種要求多個供電軌的應用。這些供電軌為內核電源(VCCINT)、I/O 電源(VCCO)、輔助電源(VCCAUX)和系統存儲器電源。

圖1. 處理器和FPGA 的典型供電方法

舉例來說，Xilinx Spartan-3AFPGA 具有一個內置上電覆位電路，可確保在所有電源均達到其閾值後才允許對器件進行配置。這樣有助於降低電源時序控制要求，但為了實現最小浪湧電流電平並遵循連接至FPGA 的電路時序控制要求，供電軌應當按以下序列上電VCC_INT → VCC_AUX→ VCCO.請注意：有些應用要求採用特定序列，因此，務必閱讀數據手冊的電源要求部分。

使用無源延遲網絡簡化電源時序控制

實現電源時序控制的一種簡單的方法就是利用電阻、電容、二極管等無源元件，延遲進入調節器使能引腳的信號，如圖2 所示。當開關閉合時，D1導電，而D2仍保持斷開。電容C1充電，而EN2處的電壓根據R1和C1確定的速率上升。當開關斷開時，電容C1通過R2、D2和RPULL向地放電。EN2處的電壓以R2、RPULL和C2確定的速率下降。更改R1和R2的值會改變充放電時間，從而設置調節器的開啟和關閉時間。

圖2. 利用電阻、電容和二極管實現電源時序控制的簡單方法

該方法可用於不要求採用精密時序控制的應用，以及只需延遲信號即可並可能只要求採用外部R和C的部分應用。對於標準調節器，採用這種方法的缺點在於，使能引腳的邏輯閾值可能因為電壓和溫度而存在很大的差異。此外，電壓斜坡中的延遲取決於電阻和電容值及容差。典型的X5R電容在-55°C至 +85°C溫度範圍內的變化幅度約為±15%,由於直流偏置效應還會出現±10%的變化，從而使時序控制變得不精確，有時還會變得不可靠。

精密使能輕鬆實現時序控制

為了獲得穩定的閾值電平以實現精密時序控制，大多數調節器都要求採用一個外部基準電壓源.ADP5134通過集成精密基準電壓源、大幅節省成本和PCB面積的方式解決了這個問題。每個調節器都有一個獨立的使能引腳。當使能輸入的電壓升至 VIH_EN(最小值為0.9 V)以上時，器件退出關斷模式，且管理模塊開啟，但不會激活調節器。將使能輸入的電壓與一個精密內部基準電壓(典型值為0.97 V)相比較。一旦使能引腳的電壓升至高於精密使能閾值，則調節器被激活，輸出電壓開始升高。在輸入電壓和溫度轉折處，基準電壓的變化幅度只有±3%。這一小範圍變化可確保精密的時序控制，解決採用分立器件時遇到的各種問題。

當使能輸入的電壓降至低於基準電壓低80 mV(典型值)時，調節器停用。當所有使能輸入上的電壓都降至VIL_EN(最大值 為0.35 V)以下時，器件進入關斷模式。在該模式下，功耗降至1 μA 以下。圖3 和圖4 展示了用於Buck1 的ADP5134 精密使能閾值在溫度範圍內的精度。

圖3. 溫度範圍內的精密使能導通閾值(10 個採樣)

圖4. 溫度範圍內的精密使能關閉閾值(10 個採樣)

使用電阻分壓器簡化電源時序控制

通過將衰減版本的調節器輸出端連接至待上電的下一個調節器使能引腳，可對多通道電源進行時序控制，如圖5 所示，其中，調節器按以下順序開啟或關Buck1 → Buck2 → LDO1 → LDO2。圖6為EN1連接至VIN1後的上電序列。圖7 所示為 EN1與VIN1斷開後的關斷序列。

圖5. 採用ADP5134 實現的簡單時序控制

圖6. ADP5134 啟動序列

圖7. ADP5134 關斷序列

序列器IC 提高時序精度

在某些情況下，實現精密時序比降低PCB面積和成本更重要。對於這些應用，可以使用電壓監控和序列器IC,比如在電壓和溫度範圍內，精度可達±0.8%的ADM1184四通道電壓監控器。或者，對於要求更加精確的上電和關斷序列控制的應用，可以使用帶可編程時序控制的ADM1186四通道電壓序列器和監控器。

ADP5034四通道調節器集成了兩個3-MHz、1200-mA降壓調節器和兩個300 mA LDO.典型的時序控制功能可以通過以下方式實現，採用ADM1184監控一個調節器的輸出電壓，並在被監測輸出電壓達到某個電平時，向下一個調節器的使能引腳提供一個邏輯高電平信號。這種方法(如圖8 所示)可用於不具有精密使能功能的調節器。

圖8. 使用ADM1184四通道電壓監控器對ADP5034四通道調節器實施時序控制

結論

使用ADP5134精密使能輸入進行時序控制既簡單又輕鬆，每個通道只需要兩個外部電阻即可。而更加精密的時序控制則可以通過ADM1184或ADM1186電壓監控器實現。