導言：電路板上電源的數量取決於VLSI所使用的多個電源的數量，它們與其它器件之間的通信速度需要電路板上有一套獨特的電源
，如使用的存儲器類型。這是因為每個VLSI（ASIC/ SoC）器件需要多個電源才能正常工作（如核電壓
、I / O電壓
、PLL電壓

、SERDES通道電壓，以及存儲器接口電壓）。結果，電路板上有15至25個電壓的情況並不少見。多個電源的電路板通常需要實現電源管理功能，包括電源定序、電源故障監測
、微調和裕度調整。有些電路板可能需要增強的電源管理功能，如電壓升降調整，電源故障的非易失性記錄和後台時序更新。

電路板電源管理的要求

在圖1所示的線卡中
，有四個主要的集成電路和一些粘合邏輯。每個集成電路都需要多個電源，並有定序的要求。這塊電路板有14個電源電壓，需要進行監測、定序、微調和裕度調整。此外
，電路板的設計還需要將任何意想不到的電源故障記錄在非易失性存儲器中。

zuichushejidianlubandedianyuanguanlisuanfashi，shejirenyuantongchangzhikaolvqijianxiangguandeshixu。zheshiyinweidianlubanshejirenyuanbuzhidaobutongdianyadedianyuandingxudexianghuyicunguanxi。zaiyibanqingkuangxia，zaitiaoshiguochengzhongyaoquedingdianyuandingxu
，kebianchengdingxujiejuefanganyinggainenggoushiyingyuanlaidedingxusuanfadeyixiabianhua：

-          開啟每個電壓或一組電壓之間的時間延遲

-          重新定序- 例如如果原來設計的序列為1，2，4

，5，3
，那麼新的順序應該能夠定序為2，3，5，1
，4

-          關閉電源的定序－以相反的順序關閉電源（這是必要的，以盡量減少損壞集成電路）

-          最大限度地減少集成電路（需要多個電壓）部分被供電的情況，這取決於給定器件的電源故障。例如
，如果電源3有故障

，那麼要立即關閉電源4，然後關閉電源1和2。如果電源1有故障，那麼按順序關閉電源2
，3
，4。

-          生成電源良好的指示，使各種器件開始工作。例如，CPU需要電源良好的信號
，不僅內核電壓是好的，而且DDR存儲器電壓，PLL和IO電壓都是好的。

-          能夠監測數字信號來完成定序。例如

，在給DDR電源上電之前，等待數據包處理ASIC的PLL鎖定。

-          通過數字控製信號（或邏輯組合）根據需要啟動電源關閉，例如，前麵板關機信號。



所(suo)有(you)的(de)電(dian)源(yuan)都(dou)打(da)開(kai)之(zhi)後(hou)
，電(dian)路(lu)板(ban)開(kai)始(shi)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)部(bu)分(fen)應(ying)開(kai)始(shi)監(jian)測(ce)電(dian)源(yuan)的(de)故(gu)障(zhang)。當(dang)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)，然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)的(de)電(dian)源(yuan)
，CPU應該中斷或複位以防止閃存損壞。電源管理算法的監測部分應該具有以下特點：

-          以1％huogenghaodejingduquedingrenheanzhuangzaidianlubanshangdedianyuandeguzhang，yijinliangjianshaoxujiadeguzhangzhishi
，zuidaxiandudijianshaoyouyujiankongqidejingduxianzhiercuoguoledianyuanguzhang。ciguzhangzhishikeyongyuchanshengzhongduanfuweidaoCPU。

-          由於電源管理電路和裝在電路板上的電源之間存在地電壓差，使用差分信號檢測較低的電源電壓（1.5V或以下），以盡量減少錯誤。

-          在100毫秒內報告故障，最大限度地減少由於故障電源引起的數據和/或指令的持續時間。

-          將故障與監控信號相聯係。例如，如果電源1，2，3或4有故障，就激活複位信號。但是，如果電源12有故障，隻中斷CPU，以防止傳輸錯誤的數據。
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故障記錄功能應該記錄整個電路板斷電的主要原因。通常在一塊電路板上的初始故障會引發連鎖反應。例如

，如果電源1有you故gu障zhang，電dian路lu板ban關guan機ji功gong能neng開kai始shi根gen據ju編bian程cheng的de電dian源yuan關guan閉bi順shun序xu關guan閉bi其qi餘yu的de電dian源yuan。如ru果guo故gu障zhang記ji錄lu電dian路lu對dui電dian源yuan故gu障zhang的de反fan應ying速su度du足zu夠gou快kuai，捕bu獲huo的de情qing況kuang將jiang顯xian示shi電dian源yuan1有故障，以及其餘的電源工作正常。但如果故障記錄電路的響應時間緩慢，它會記錄電源2
，3和4都有故障。這樣的故障情況是沒用的。故障記錄電路應具有以下特點：

-          準確找到任何電源故障（<1％的誤差），以增加捕獲的故障情況的可靠性

-          在100微秒內啟動故障記錄過程
，盡量減少原始故障對捕獲情況的後續影響。

電源管理實現示例

一個實現複雜的電源管理的常用方法（圖2）是使用DC-DC轉換器的電源良好信號，以監測這個電源，並使用CPLD來實現定序算法（控製DC-DC轉換器的使能信號）。CPLD也產生監測信號

，如電源就緒/故障電壓中斷和複位信號。


優點：

-          滿足所有的定序要求

-          電源的數量可擴展

-          電源上電或電源關閉的定序算法的大小/複雜性沒有限製

-          定序算法可以與電源定序之間的監控信號（電源良好/故障電壓指示）交錯

-          由任意數量的數字輸入控製定序和監測算法

-          在現場係統可以更新定序算法而不中斷電路板的工作

缺點：

-          有效的“電源良好”信號並不意味著電源工作在集成電路正常工作的範圍內。大多數DC-DC轉換器的電源良好信號有8％至20％的監測誤差。但是大多數集成電路的電源容差是在3至5％之間。例如，1.2V電壓的實際電壓（核電壓）可以低於額定值的10％（1.08V），但DC-DC轉換器電源良好信號可以指明電源是好的
，CPLD可能未激活其複位信號。因此，CPU可能會掛起，並重寫閃存的一個部分（閃存訛誤）。DC-DC轉換器的電源良好信號不應該被用來作為電源電壓故障指示，產生監控信號，諸如“複位”或“低電壓中斷”。

-          即ji使shi電dian源yuan電dian壓ya處chu於yu運yun行xing容rong差cha之zhi前qian，通tong常chang一yi些xie集ji成cheng電dian路lu是shi能neng夠gou工gong作zuo的de

，。因yin此ci
，定ding序xu算suan法fa等deng待dai一yi個ge額e外wai的de時shi間jian
，使shi該gai集ji成cheng電dian路lu板ban可ke靠kao地di啟qi動dong。

-          增加軟件的調試時間- 由於精度差的CPU的(de)電(dian)源(yuan)良(liang)好(hao)信(xin)號(hao)和(he)存(cun)儲(chu)器(qi)電(dian)源(yuan)，會(hui)發(fa)生(sheng)閃(shan)存(cun)訛(e)誤(wu)的(de)情(qing)況(kuang)。很(hen)難(nan)區(qu)分(fen)是(shi)軟(ruan)件(jian)錯(cuo)誤(wu)

，還(hai)是(shi)由(you)於(yu)故(gu)障(zhang)電(dian)源(yuan)引(yin)起(qi)的(de)意(yi)想(xiang)不(bu)到(dao)的(de)程(cheng)序(xu)執(zhi)行(xing)情(qing)況(kuang)。因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)辦(ban)法(fa)確(que)定(ding)硬(ying)件(jian)的(de)電(dian)源(yuan)故(gu)障(zhang)，在(zai)歸(gui)咎(jiu)於(yu)故(gu)障(zhang)電(dian)路(lu)板(ban)之(zhi)前(qian)，軟(ruan)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)浪(lang)費(fei)了(le)時(shi)間(jian)
，責(ze)怪(guai)由(you)於(yu)閃(shan)存(cun)訛(e)誤(wu)產(chan)生(sheng)了(le)軟(ruan)件(jian)錯(cuo)誤(wu)。這(zhe)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)產(chan)品(pin)發(fa)布(bu)時(shi)間(jian)的(de)延(yan)遲(chi)。
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用Platform Manager實現分布式檢測和集中控製

圖3展示了遠程傳感和實施集中控製。這種架構類似圖2所示的電路方案。由於比較器和ADC的整合，這種方案需要的元件數量最少。此解決方案使用了一片萊迪思的Platform Manager和兩片萊迪思的Power Manager集成電路

，實現了多達36個電壓的電源管理。

萊迪思的Platform Manager器件集成了對12個電源電壓的監測
，一個48宏單元的CPLD和一個640 LUT的FPGA。Power Manager器件可用於檢測和控製多達12個負載電源。整個電源管理算法在Platform Manager內的FPGA部分實現。Platform Manager還支持電源的微調和裕度調整。

優點：

-          完全靈活的定序支持多達36個電壓，因為在FPGA內實現中央電源管理。對每個電源故障情況的時間調整或定序響應沒有限製。

-          可靠無折衷的產生靈活的監控信號，因為電壓監測精度為0.7％。此外，因為Platform Manager 和Power Manger器件支持差分電壓檢測，精度不會因為電路板任何部分之間的接地電壓差而受到影響。

    因為所有電源故障狀態都被發送到FPGA
，對任何故障的算法響應用100微秒的時間，能夠立即產生監控信號。這樣的速度，再加上很高的監測精度，最大限度地減少了閃存訛誤的機會。

-          電路板上任何電源故障或其他任何故障可以在100微秒內記錄到非易失性存儲器。這將確保故障捕獲情況中包含了主要故障。

-          電源管理算法可以使用HDL代碼實現或使用簡化的算法開發工具

，稱為LogiBuilder來實現。可以對該程序充分進行模擬，對算法可以進行微調：最大限度地減少電路板由於錯誤而重新返工的風險。

電源管理算法可以在係統內更新，而不中斷電路板的工作。該器件還存儲了一個“golden image”，所以如果在係統更新被中斷，電路板的電源被重新啟動，該電路板使用這個golden image重新工作。

Platform Manager 和the Power Manager之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)很(hen)簡(jian)單(dan)，萊(lai)迪(di)思(si)提(ti)供(gong)了(le)參(can)考(kao)設(she)計(ji)。用(yong)戶(hu)隻(zhi)需(xu)添(tian)加(jia)此(ci)參(can)考(kao)設(she)計(ji)到(dao)實(shi)際(ji)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)算(suan)法(fa)。該(gai)參(can)考(kao)設(she)計(ji)提(ti)供(gong)自(zi)動(dong)管(guan)理(li)所(suo)有(you)器(qi)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)


，而(er)不(bu)幹(gan)預(yu)主(zhu)要(yao)電(dian)源(yuan)的(de)管(guan)理(li)算(suan)法(fa)

總結

要求CPLD對電路板上超過12個電壓實現電源管理功能，如定序，複位產生等功能。這些設計取決於電路板上按裝的DC-DC轉zhuan換huan器qi產chan生sheng的de電dian源yuan良liang好hao信xin號hao，用yong以yi監jian控kong這zhe些xie電dian壓ya。然ran而er，精jing度du差cha的de這zhe些xie電dian源yuan良liang好hao信xin號hao會hui導dao致zhi電dian路lu板ban功gong能neng的de可ke靠kao性xing大da大da降jiang低di。增zeng加jia電dian路lu板ban的de可ke靠kao性xing可ke以yi通tong過guo用yong精jing確que的de比bi較jiao器qi替ti代dai這zhe些xie電dian源yuan良liang好hao信xin號hao，監jian控kongDC-DC轉換器的實際輸出電壓。

本文闡述了一個可擴展、在係統可升級
，星型拓撲結構的電源管理架構，能夠滿足在一塊複雜的電路板上超過12個電壓的電源管理要求。通過使用萊迪思的Platform Manager 和Power Manager器件，提高了電路板功能的可靠性
，能夠準確的監控DC-DC轉換器的輸出電壓（使用片上精密比較器），而無需折衷FPGA內的電源管理算法。