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如何加快設(shè)計(jì)和調(diào)試速度?具有突破性、可擴(kuò)展、直觀易用的上電時(shí)序系統(tǒng)是關(guān)鍵!

發(fā)布時(shí)間:2022-01-20 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】各行各業(yè)的電子系統(tǒng)都變得越來(lái)越復(fù)雜,這已經(jīng)不是什么秘密。至于這種復(fù)雜性如何滲透到電源設(shè)計(jì)中,卻不是那么明顯。例如,功能復(fù)雜性一般通過(guò)使用ASIC、FPGA和微處理器來(lái)解決,在更小的外形尺寸中融入更豐富的應(yīng)用特性。


各行各業(yè)的電子系統(tǒng)都變得越來(lái)越復(fù)雜,這已經(jīng)不是什么秘密。至于這種復(fù)雜性如何滲透到電源設(shè)計(jì)中,卻不是那么明顯。例如,功能復(fù)雜性一般通過(guò)使用ASIC、FPGA和微處理器來(lái)解決,在更小的外形尺寸中融入更豐富的應(yīng)用特性。這些設(shè)備向電源系統(tǒng)提供不同的數(shù)字負(fù)載,要求使用不同功率等級(jí)的多種電壓軌,每一種都具有高度個(gè)性化的電壓軌容差。同樣,正確的電源開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)序也很重要。隨著時(shí)間推移,電路板上電壓軌的數(shù)量成倍增加,使得電源系統(tǒng)的時(shí)序設(shè)計(jì)和調(diào)試變得更加復(fù)雜。


可擴(kuò)展性


應(yīng)用電路板所需的電壓軌數(shù)量與電路板的復(fù)雜度緊密關(guān)聯(lián)。電源設(shè)計(jì)人員面對(duì)的電路板可能只需要10個(gè)電壓軌,也可能需要多達(dá)200個(gè)電壓軌。時(shí)序控制器設(shè)備最多需要約16個(gè)電壓軌,設(shè)計(jì)時(shí)很容易達(dá)到這個(gè)數(shù)量。一旦電壓軌數(shù)量超過(guò)單個(gè)時(shí)序控制器支持的數(shù)量,復(fù)雜度會(huì)急劇上升,要求設(shè)計(jì)人員了解每種時(shí)序控制器的各種變化情況,以及如何將其融入復(fù)雜系統(tǒng)。


通常,在高電壓軌數(shù)系統(tǒng)中級(jí)聯(lián)多個(gè)時(shí)序控制器并不容易實(shí)現(xiàn)。在級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中,隨著電壓軌數(shù)量線(xiàn)性增加,復(fù)雜度呈指數(shù)增長(zhǎng)。設(shè)計(jì)人員可采用一些創(chuàng)新的方法實(shí)現(xiàn)時(shí)序控制器級(jí)聯(lián),以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),比如采用乒乓機(jī)制,或者通過(guò)專(zhuān)用的數(shù)字信號(hào)共享故障和電源良好狀態(tài)。雖然這些解決方案足以應(yīng)付相對(duì)簡(jiǎn)單的時(shí)序,但對(duì)于復(fù)雜的上電/關(guān)斷時(shí)序,這些解決方案顯然力不從心。


ADM1266

●適用于多達(dá) 17 個(gè)電源的完整監(jiān)控和排序解決方案

      ●利用連接至二線(xiàn)式器件間總線(xiàn)的附加 ADM1266 IC,可以擴(kuò)展到 257 個(gè)電源

      ●完全可編程的排序引擎

●17 個(gè)電源故障檢測(cè)器可實(shí)現(xiàn)電源的實(shí)時(shí)監(jiān)控

       ●VH1 至 VH4 (VHx) 上 0.4 V 至 15 V

       ●VP1 至 VP13 (VPx) 上 0.4 V 至 5 V

       ●器件由 VH1 和 VH2 輸入中的較高輸入供電以改善操作可靠性冗余度

●用于回讀所有監(jiān)控電壓的 12 位 ADC

●黑盒子非易失性故障記錄

●16 個(gè)可編程驅(qū)動(dòng)器輸入 / 輸出 (PDIO)

●9 個(gè) GPIO

●9 個(gè)電壓輸出 8 位 DAC 允許通過(guò) DC/DC 轉(zhuǎn)換器微調(diào) / 反饋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行電壓裕量調(diào)節(jié)

●主內(nèi)存和備份內(nèi)存

●可兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) PMBus 接口

●采用 9 mm × 9 mm 64 引腳封裝


ADM1266 具備真正的可擴(kuò)展性,可以解決復(fù)雜性問(wèn)題。它是ADI Super Sequencer? 超級(jí)時(shí)序控制器系列中的最新產(chǎn)品。連接多個(gè)ADM1266設(shè)備時(shí),需要使用專(zhuān)用的雙線(xiàn)器件間總線(xiàn)(IDB)進(jìn)行通信。每個(gè)ADM1266均可監(jiān)測(cè)和控制17條電壓軌的時(shí)序,只要所有這些設(shè)備都連接至同一個(gè)IDB,可并聯(lián)多達(dá)16個(gè)ADM1266設(shè)備,以監(jiān)測(cè)和控制257條電壓軌的時(shí)序。


ADM1266使用一個(gè)主設(shè)備,其他的ADM1266設(shè)備則充當(dāng)從設(shè)備。這些設(shè)備采用并行架構(gòu),其中每個(gè)連接到IDB的單個(gè)ADM1266根據(jù)系統(tǒng)狀況轉(zhuǎn)換到相同的下一個(gè)狀態(tài),確??偩€(xiàn)上的每個(gè)ADM1266同步??偩€(xiàn)通信是透明的,因此設(shè)計(jì)人員為單個(gè)ADM1266設(shè)備和為16個(gè)ADM1266設(shè)備創(chuàng)建時(shí)序的感覺(jué)是一樣的。該系統(tǒng)的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì),就是設(shè)計(jì)人員只需要學(xué)習(xí)如何使用一個(gè)設(shè)備完成簡(jiǎn)單和復(fù)雜的設(shè)計(jì),無(wú)需針對(duì)每個(gè)不同設(shè)備多次學(xué)習(xí)。級(jí)聯(lián)多個(gè)設(shè)備就像將它們連接到同一個(gè)IDB一樣簡(jiǎn)單,如圖1所示。


如何加快設(shè)計(jì)和調(diào)試速度?具有突破性、可擴(kuò)展、直觀易用的上電時(shí)序系統(tǒng)是關(guān)鍵!

圖1. 可以通過(guò)IDB將多個(gè)ADM1266組合在一起,輕松擴(kuò)展時(shí)序。


基于事件的定序方案


現(xiàn)代時(shí)序控制器不僅要監(jiān)測(cè)電壓軌,還必須對(duì)數(shù)字信號(hào)做出反應(yīng)。傳統(tǒng)的基于時(shí)間的時(shí)序控制器具有固定的信號(hào),獲得定制效果,功能有限。


我們以帶可選子板的主板為例。時(shí)序控制器監(jiān)控子卡的信號(hào)檢測(cè):當(dāng)該信號(hào)存在時(shí),時(shí)序控制器會(huì)調(diào)出子卡上的電壓軌;當(dāng)信號(hào)不存在時(shí),時(shí)序控制器繼續(xù)執(zhí)行主板時(shí)序控制程序,在電源達(dá)到良好狀態(tài)時(shí)結(jié)束。大多數(shù)傳統(tǒng)型時(shí)序控制器不提供這種子卡信號(hào)檢測(cè)。此外,這種要求會(huì)隨應(yīng)用而變化,可以使用通用輸入輸出引腳(GPIO)來(lái)解決。


另一個(gè)示例涉及為ASIC和FPGA供電,其中系統(tǒng)要求在為FPGA供電之前,ASIC完全通電并運(yùn)行。在這種情況下,時(shí)序控制器按順序調(diào)出ASIC電源,然后等待來(lái)自ASIC的數(shù)字電源狀態(tài)良好信號(hào)。一旦確認(rèn)ASIC電源狀態(tài)良好信號(hào),它將等待100毫秒,然后繼續(xù)為FPGA供電。需要一個(gè)基于事件的時(shí)序控制器來(lái)生成這個(gè)復(fù)雜的時(shí)序。在具有多個(gè)時(shí)序控制器的系統(tǒng)中,需要將一個(gè)設(shè)備上的事件信息與板上的其他設(shè)備共享,使它們行動(dòng)一致,這一點(diǎn)非常重要。


電壓監(jiān)控器OV和UV比較器、數(shù)字信號(hào)(如GPIO和PDIO)、定時(shí)器、變量,以及來(lái)自IDB的消息,所有這些都會(huì)饋送給功能豐富的ADM1266時(shí)序引擎,從而觸發(fā)事件。用戶(hù)可以輕松創(chuàng)建復(fù)雜的狀態(tài)機(jī),用以監(jiān)測(cè)各種事件并采取適當(dāng)?shù)牟僮鳌?/p>


加快系統(tǒng)設(shè)計(jì)


傳統(tǒng)上,使用單個(gè)時(shí)序控制器設(shè)計(jì)上電時(shí)序系統(tǒng)的用戶(hù)體驗(yàn)與設(shè)計(jì)需要使用多個(gè)時(shí)序控制器的系統(tǒng)時(shí)的體驗(yàn)有很大的不同。也就是說(shuō),用單個(gè)時(shí)序控制器控制16個(gè)電壓的設(shè)計(jì)通常很簡(jiǎn)單:設(shè)計(jì)人員可以使用軟件圖形用戶(hù)界面(GUI)來(lái)配置每個(gè)電壓軌及其時(shí)序。其過(guò)程通常是針對(duì)16個(gè)電壓軌重復(fù)進(jìn)行手動(dòng)選擇/設(shè)置操作。現(xiàn)在想象一下采用5個(gè)時(shí)序控制器和80條電壓軌的設(shè)計(jì)。使用GUI手動(dòng)配置80條電壓軌不但耗時(shí),且很容易出錯(cuò)。設(shè)計(jì)人員還必須確定如何以最佳方式級(jí)聯(lián)多個(gè)設(shè)備,以及將5個(gè)時(shí)序控制器的資源分配給80個(gè)電壓軌。大多數(shù)軟件輔助設(shè)計(jì)工具實(shí)際上并不能提供任何幫助。用戶(hù)必須理解時(shí)序控制器IC的特定功能,并通過(guò)GUI發(fā)布明確指令,每個(gè)項(xiàng)目都需要迅速學(xué)習(xí)大量?jī)?nèi)容。


ADM1266采用了一種不同的方法。它使用基于PC的 ADI ? 進(jìn)行配置和調(diào)試,不只是配置ADM1266的各種設(shè)置。ADI Power Studio是一款完整的開(kāi)發(fā)和調(diào)試工具,可以幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健的時(shí)序。相比傳統(tǒng)GUI,它讓設(shè)計(jì)人員能夠以更高水平處理電源系統(tǒng)。例如,內(nèi)置向?qū)軌驇椭O(shè)計(jì)人員在幾分鐘內(nèi)設(shè)置和配置80條電壓軌,如果手動(dòng)操作,完成這項(xiàng)任務(wù)需要幾個(gè)小時(shí)。圖2和圖3所示為一些界面示例。


如何加快設(shè)計(jì)和調(diào)試速度?具有突破性、可擴(kuò)展、直觀易用的上電時(shí)序系統(tǒng)是關(guān)鍵!

圖2. ADI Power Studio可自定義電壓軌名稱(chēng),這可以大幅。


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圖3.一步配置整個(gè)系統(tǒng)。無(wú)論電壓軌數(shù)量是多少,系統(tǒng)電壓軌向?qū)ㄟ^(guò)相同界面,引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員完成整個(gè)序列配置過(guò)程。注意,用戶(hù)自定義的電壓軌名稱(chēng)有助于迅速輕松識(shí)別各電壓軌。


設(shè)計(jì)人員首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)虛擬狀態(tài)機(jī)來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。在單個(gè)時(shí)序控制器設(shè)計(jì)中(≤17條電壓軌),GUI的虛擬狀態(tài)機(jī)與時(shí)序控制器的狀態(tài)機(jī)相匹配。隨著添加更多時(shí)序控制器,虛擬狀態(tài)機(jī)與單個(gè)時(shí)序控制器狀態(tài)機(jī)之間出現(xiàn)差異,在設(shè)備彼此之間就各種事件通信時(shí),需要在狀態(tài)機(jī)中采取額外步驟。


例如,設(shè)計(jì)人員在時(shí)序控制器1上監(jiān)測(cè)兩條電壓軌,在時(shí)序控制器2上也監(jiān)測(cè)兩條電壓軌。該設(shè)計(jì)要求,如果這四條電壓軌中的任何一條出現(xiàn)故障,那么所有一切都將關(guān)閉。實(shí)際上,因?yàn)檫@里有兩個(gè)設(shè)備,它們之間必須共享故障信號(hào)。系統(tǒng)的虛擬狀態(tài)機(jī)和各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)機(jī)如圖4所示。


如何加快設(shè)計(jì)和調(diào)試速度?具有突破性、可擴(kuò)展、直觀易用的上電時(shí)序系統(tǒng)是關(guān)鍵!

圖4. 虛擬狀態(tài)機(jī)與設(shè)備級(jí)狀態(tài)機(jī)。


隨著電壓軌數(shù)量增加,定序需求變得愈加復(fù)雜,系統(tǒng)級(jí)虛擬狀態(tài)機(jī)和設(shè)備級(jí)狀態(tài)機(jī)的差異也越來(lái)越大。設(shè)計(jì)人員知道自己的設(shè)計(jì)目標(biāo),但必須通過(guò)時(shí)序控制器協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn),這個(gè)過(guò)程不但耗時(shí),且通常漏洞很多。ADI Power Studio讓大部分狀態(tài)機(jī)創(chuàng)建流程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。用戶(hù)使用GUI來(lái)設(shè)計(jì)虛擬狀態(tài)機(jī),而 ADI Power Studio則通過(guò)編譯器來(lái)處理各種時(shí)序控制器之間的復(fù)雜通信。這讓設(shè)計(jì)人員能夠通過(guò)靈活、直觀的流程創(chuàng)建復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)。


功能強(qiáng)大的調(diào)試工具


在開(kāi)發(fā)任何復(fù)雜系統(tǒng)的過(guò)程中,難免會(huì)出現(xiàn)漏洞。理想情況下,大多數(shù)漏洞出現(xiàn)后,都會(huì)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中根除,但有些漏洞會(huì)悄無(wú)聲息地進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。無(wú)論哪種情況,系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員擁有合適的工具,能夠快速識(shí)別故障并更改解決,這一點(diǎn)至關(guān)重要,通常設(shè)計(jì)人員用于調(diào)試的時(shí)間遠(yuǎn)超純?cè)O(shè)計(jì)時(shí)間。典型的故障包括電壓軌故障和信號(hào)的邏輯電平錯(cuò)誤。


現(xiàn)在,我們繼續(xù)以具有80條電壓軌的電路板為例,在電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中,其中一條電壓軌出現(xiàn)故障的情況很常見(jiàn)。故障可能是組件級(jí)或配置級(jí)設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的。無(wú)論如何,要找出問(wèn)題的起因,首先還是要找出導(dǎo)致故障的電壓軌。問(wèn)題是,在典型時(shí)序中,如果任意一個(gè)電壓軌發(fā)生故障,那么時(shí)序控制器會(huì)關(guān)閉所有電壓軌。這種關(guān)斷行為,雖然對(duì)于量產(chǎn)級(jí)產(chǎn)品很可靠,但在設(shè)計(jì)階段卻會(huì)妨礙調(diào)試,因?yàn)檫@種個(gè)別故障會(huì)隱藏在整個(gè)系統(tǒng)的故障之中。使設(shè)計(jì)人員一葉障目。設(shè)計(jì)人員不太可能同時(shí)監(jiān)測(cè)所有80條電壓軌,因此幾乎不可能在電壓軌出現(xiàn)故障時(shí)第一時(shí)間找出它。


在理想的調(diào)試系統(tǒng)中,一旦確定了容易發(fā)生故障的電壓軌,其他電壓軌會(huì)保持通電狀態(tài),這樣,在檢查故障電壓軌行為的同時(shí),系統(tǒng)的余下部分可以保持正常運(yùn)行。雖然強(qiáng)制修改時(shí)序配置可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),但以打破時(shí)序的方式來(lái)調(diào)試時(shí)序充其量只是一種麻煩的方法。


ADI Power Studio和ADM1266配有軟件設(shè)計(jì)環(huán)境中常見(jiàn)的高級(jí)調(diào)試工具,可以簡(jiǎn)化調(diào)試過(guò)程。第一個(gè)調(diào)試工具以斷點(diǎn)的形式出現(xiàn),在特定狀態(tài)下,時(shí)序會(huì)停止前進(jìn)。在采用多個(gè)ADM1266器件的系統(tǒng)中,所有ADM1266器件都將通過(guò)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,在到達(dá)包含用戶(hù)定義的斷點(diǎn)的狀態(tài)時(shí)停止。這種時(shí)序暫停讓設(shè)計(jì)人員能夠調(diào)試出現(xiàn)故障的電壓軌,或者確認(rèn)信號(hào)的邏輯電平錯(cuò)誤的原因。


設(shè)計(jì)人員還可以對(duì)所有狀態(tài)應(yīng)用斷點(diǎn),以便逐步檢查整個(gè)時(shí)序。單步執(zhí)行應(yīng)用方法用于在啟用電壓軌之前,檢查它們的預(yù)偏置啟動(dòng)狀況。設(shè)計(jì)人員可以采用單步方式檢查整個(gè)上電時(shí)序,查看任何可能被禁用的電壓軌輸出端是否有電壓—這會(huì)顯示在ADI power Studio的監(jiān)視器窗口部分。圖5顯示用戶(hù)自定義的斷點(diǎn)示例。


如何加快設(shè)計(jì)和調(diào)試速度?具有突破性、可擴(kuò)展、直觀易用的上電時(shí)序系統(tǒng)是關(guān)鍵!

圖5. 斷點(diǎn)讓設(shè)計(jì)人員能夠在任何狀態(tài)下暫停時(shí)序,以深化調(diào)試。


另一個(gè)調(diào)試工具是黑盒記錄功能,其中,ADM1266會(huì)在黑盒被關(guān)鍵事件觸發(fā)時(shí)捕獲所有電壓監(jiān)測(cè)和數(shù)字引腳的狀態(tài)快照。一旦黑盒被觸發(fā),它會(huì)記錄諸如事件發(fā)生時(shí)的狀態(tài)、之前的良好狀態(tài)、事件發(fā)生的時(shí)間、部件上電的次數(shù)和出現(xiàn)故障的次數(shù)等信息。這有助于設(shè)計(jì)人員查明故障并快速診斷原因。


在生產(chǎn)應(yīng)用中,黑盒特性在捕獲故障狀況、協(xié)助維護(hù)和升級(jí)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它也可以用作開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)試工具。例如,在設(shè)計(jì)要經(jīng)受熱室測(cè)試或機(jī)械測(cè)試時(shí),是不可能使用臺(tái)式實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行探測(cè)的,但黑盒可以記錄故障,以供后續(xù)查看。圖6所示為黑盒記錄的屏幕截圖。


如何加快設(shè)計(jì)和調(diào)試速度?具有突破性、可擴(kuò)展、直觀易用的上電時(shí)序系統(tǒng)是關(guān)鍵!

圖6. 黑盒狀態(tài)監(jiān)測(cè)會(huì)獲取用戶(hù)定義事件的狀況快照。黑盒觸發(fā)器可以應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng),幫助排除現(xiàn)場(chǎng)故障,以及進(jìn)行維護(hù)和調(diào)試。


結(jié)論


為了應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的上電時(shí)序需求,解決方案必須可以擴(kuò)展、功能豐富且直觀易用。ADI Power Studio和ADM1266 17通道時(shí)序控制器滿(mǎn)足這些條件,采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)和調(diào)試工具來(lái)縮短開(kāi)發(fā)和調(diào)試時(shí)間。這讓設(shè)計(jì)人員能夠?qū)⒏鄷r(shí)間用于創(chuàng)新和構(gòu)建穩(wěn)健的解決方案。


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