突破性、可扩展、直观的电源排序系统可加快设计和调试

介绍

众所周知，电子系统在所有行业中都变得越来越复杂。这种复杂性如何渗透到电源设计中并不那么明显。例如，功能复杂性通常通过使用 ASIC、FPGA 和微处理器来解决，以更小的外形尺寸丰富应用功能集。这些器件为电源系统提供不同的数字负载，需要在一系列功率水平上提供各种各样的电压轨，每个电压轨都具有高度个性化的电源轨容差。同样，电源的正确启动和关断顺序也很重要。随着时间的推移，电路板上电压轨数量的倍增使得电源系统时序设计和调试呈指数级增长。

可扩展性

应用板所需的电压轨数量是电路板复杂程度的函数。电源设计人员可能面对仅需要 10 个电压轨的电路板，以及需要 200 个电压轨的电路板。时序器器件通常最多有 16 个电源轨，设计为可以轻松应用到该数量。一旦电源轨数量超过单个时序控制器支持的数量，复杂性就会迅速增加，这就要求设计人员了解每个时序控制器的变幻莫测，以及如何将其组合到复杂系统中。

通常，多个时序控制器在高计数电压轨系统中级联，这是一项不平凡的任务。在级联系统中，复杂性随着电压轨数量的线性增加呈指数级增长。设计人员采用了级联时序控制器的创新方法来降低复杂性，例如使用乒乓机制或通过专用数字信号共享故障和电源良好状态。虽然这些解决方案在相对简单的序列中就足够了，但在偏离简单上电/断电时序的系统中，它们很快就会变得站不住脚。

ADM1266通过真正的可扩展性解决了复杂性问题。它是ADI超级序列器®系列器件的最新成员。连接多个ADM1266器件需要使用专用的双线器件间总线（IDB）进行通信。每个ADM1266能够监控和排序17个电压轨，只要所有器件都连接到同一IDB，最多可以并联16个ADM1266器件来监控和排序257个电压轨。

ADM1266采用单主机，其他ADM1266器件用作从器件。这些器件采用并行架构，其中连接到IDB的每个ADM1266都根据系统条件转换为相同的下一状态，确保总线上的每个ADM1266都同步。总线通信是透明的，因此设计人员在为单个ADM1266创建序列时的体验与为16个ADM1266器件创建时序的体验相同。该系统的一个显著优势是，设计人员只需要学习如何将一个器件用于简单和复杂的设计，从而消除了不同器件的多个学习曲线。级联多个设备就像将它们连接到同一个 IDB 一样简单，如图 1 所示。

基于事件的排序

现代时序控制器不仅要监控电压轨，还必须对数字信号做出反应。传统的基于时间的序列器具有固定信号，具有专用结果和有限的功能。

让我们以带有可选子板的主板为例。子卡检测信号由序列器监视：当存在此信号时，序列器调出子卡上存在的电压轨;当信号不存在时，序列器将继续执行主板序列过程，完成电源处于良好状态。这种子卡检测信号在大多数传统序列器上不可用。此外，此类要求会因应用而异，并且可以通过通用输入输出引脚（GPIO）来解决。

另一个例子涉及为ASIC和FPGA供电，其中系统要求在FPGA上电之前完全启动并运行ASIC。在这种情况下，时序控制器按顺序启动ASIC电源，然后等待来自ASIC的数字电源就绪信号。一旦 ASIC 电源良好信号被置位，它将等待 100 毫秒，然后继续为 FPGA 供电。需要基于事件的序列器来生成此复杂序列。在具有多个时序器的系统中，重要的是一个器件上的事件信息与板上的其他器件共享，以便它们一致行动。

电压监控器OV和UV比较器、GPIO和PDIO等数字信号、定时器、变量以及来自IDB的消息均馈入功能丰富的ADM1266序列引擎并触发事件。用户可以轻松创建复杂的状态机，以监视各种事件并采取适当的操作。

图1.通过IDB组合多个ADM1266的序列，可以轻松放大序列。

加速系统设计

传统上，使用单个时序控制器设计电源排序系统的用户体验与需要多个时序控制器的系统截然不同。也就是说，使用单个时序控制器处理16个电压的设计通常很简单：设计人员使用软件图形用户界面（GUI）来配置每个电压轨及其排序。该过程通常是手动选择/设置过程，重复16个导轨。现在想象一下具有五个序列器和 80 个电源轨的设计。使用 GUI 手动配置 80 个导轨非常耗时且容易出现人为错误。设计人员还必须确定如何最好地级联多个器件，并将五个时序控制器的资源分配给80个电压轨。大多数软件辅助设计工具实际上并没有帮助。用户必须了解时序器IC的具体功能，并通过GUI明确告诉它该做什么，为每个项目创建一个相当陡峭的学习曲线。

ADM1266采用不同的方法。它使用基于PC的ADI Power Studio进行配置和调试，™其功能远不止配置ADM1266的各种设置。ADI Power Studio是一款完整的开发和调试工具，可帮助设计人员实现鲁棒的序列。它使设计人员能够在比传统GUI更高的水平上处理电源系统。例如，内置向导使设计人员能够在几分钟内设置和配置80个电压轨，如果手动完成，这项任务将需要几个小时。图 2 和图 3 显示了该接口的一些示例。

图2.ADI Power Studio具有自定义电源名称，可以极大地

图3.整个系统的一步配置。系统轨向导引导设计人员完成使用相同的界面配置整个序列的过程，而不考虑轨量。请注意用户定义的自定义导轨名称，以便更容易识别单个导轨。

设计人员首先创建一个虚拟状态机来满足系统的要求。在单个序列器设计（≤17 轨）中，GUI 的虚拟状态机仅与序列器的状态机匹配。随着更多序列器的添加，虚拟状态机偏离各个序列器状态机，当设备相互通信各种事件时，需要在状态机中执行额外的步骤。

例如，设计人员监视序列器 1 上的两个电压轨和序列器 2 上的两个电压轨。该设计要求，如果四个电压轨中的任何一个出现故障，则一切都会关闭。实际上，由于有两个设备，它们必须在它们之间共享故障信号。系统的虚拟状态机和各个设备的状态机如图 4 所示。

图4.虚拟状态机与设备级状态机。

随着电源轨的数量和排序要求变得越来越复杂，系统的虚拟状态机和设备级别的状态机越来越偏离。设计师知道他或她想要发生什么，但必须让序列器协同工作才能实现它，这是一个耗时且通常有缺陷的过程。ADI Power Studio自动执行大部分状态机创建过程。用户使用GUI设计虚拟状态机，而ADI Power Studio中的编译器处理各种序列器之间通信的复杂性。这使设计人员能够使用灵活、直观的过程创建复杂的状态机。

强大的调试工具

在任何复杂系统的开发过程中，错误都会自然发生。理想情况下，大多数错误在开发过程中出现并被根除，但有些错误会蔓延到生产环境中。无论哪种方式，系统设计人员都必须拥有快速识别故障并进行更改以解决故障的工具，因为设计人员通常花费比纯设计更多的时间进行调试。典型故障包括电压轨故障和逻辑电平错误的信号。

让我们继续以一个具有80个电压轨的电路板为例，其中一个电压轨在设计阶段发生故障的情况并不少见。故障可能是组件级别或配置级别的设计缺陷。无论哪种方式，识别问题都始于确定麻烦的铁路。问题在于，在典型序列中，如果任何电压轨发生故障，则排序器将关闭所有电压轨。这种关断行为虽然在生产级产品中很可靠，但在设计阶段会妨碍调试，因为整个系统的故障隐藏了故障。设计师看不到森林的树。设计人员不太可能同时监控所有 80 个电源轨，因此几乎不可能在故障时识别有问题的电源轨。

在理想的调试系统中，一旦识别出容易发生故障的电压轨，其他电压轨将保持供电状态，以便可以观察到有问题的电压轨的行为，同时系统的其余部分保持活动状态。尽管强制修改序列配置可以实现此目标，但中断序列以调试序列充其量是一种繁琐的方法。

ADI Power Studio和ADM1266具有高级调试工具，常见于软件设计环境中，可简化调试过程。第一个调试工具以断点的形式出现，其中序列在特定状态下停止前进。在具有多个ADM1266器件的系统中，所有ADM1266器件都将通过状态机转换，并在具有用户定义断点的状态开始时停止。序列中的这种暂停使设计人员能够调试故障电压轨或验证信号未处于正确逻辑电平的原因。

设计器还可以通过将断点应用于所有状态来单步执行序列。单步进的一个应用是在使能电压轨之前检查预偏置启动的电压轨。设计人员可以单步执行电源序列，以查看是否有任何可能禁用的电源轨在其输出端具有电压，如ADI Power Studio的监控窗口部分所示。图 5 显示了用户定义的断点的示例。

图5.断点使设计人员能够在任何状态下暂停序列，以增强调试。

另一个调试工具是黑盒记录功能，当关键事件触发时，ADM1266会拍摄所有电压监控和数字引脚状态的快照。一旦触发黑匣子，它就会记录诸如事件发生时的状态、以前的良好状态、事件发生的时间、部件通电和出现故障的次数等信息。这有助于设计人员查明故障并快速诊断原因。

黑匣子功能在捕获生产应用中的故障情况、协助维护和升级方面发挥着关键作用。它还可以用作开发中的调试工具。例如，当设计面临热室测试或机械测试时，不可能使用台式实验室设备进行探测，而黑匣子可以捕获故障以供以后审查。图 6 显示了黑盒记录的屏幕截图。

图6.黑盒状态监控在用户定义的事件中拍摄条件快照。黑盒触发器可以包含在生产系统中，以帮助进行现场故障排除和维护以及调试。

结论

为了解决日益复杂的上电排序要求，解决方案必须可扩展、功能丰富且直观。ADI Power Studio和ADM1266 17通道时序控制器通过高级设计和调试工具满足这些条件，可缩短开发和调试时间。这使设计人员能够将更多时间集中在创新和生产强大的解决方案上。

审核编辑：郭婷