輕松實現(xiàn)復雜的電源時序控制

微控制器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、數(shù)字信號處理器(DSP)、模數(shù)轉換器(ADC)以及以多個電壓軌供電的其他器件都需要電源時序控制。這些應用通常要求，內核和模擬模塊在數(shù)字輸入/輸出(I/O)軌之前上電，不過有些設計可能要求采用其他序列。正確的上電和關斷時序控制可以防止閂鎖引起的即刻損壞和靜電放電(ESD)引起的長期損壞。另外，對電源實施時序控制還可在上電期間錯開浪涌電流，在采用限流電源供電的應用中，這一特性特別有用。

本應用筆記探討采用分立式元件對電源進行時序控制的優(yōu)缺點，同時還將描述利用ADP5134,的內部精密使能引腳實現(xiàn)時序控制的一種簡單而有效的方法。ADP5134將2個1.2A降壓調節(jié)器與2個300mA低壓差(LDO)調節(jié)器結合起來。本應用筆記同時還將描述一些序列器IC，它們可能對要求更為精確和靈活的時序控制這類應用更有幫助。

圖1所示的應用要求使用多個供電軌。這些供電軌分別為內核電源(VCCINT)、I/O電源(VCCO)、輔助電源(VCCAUX)和系統(tǒng)存儲器電源。

圖1.處理器和FPGA的典型供電方法

例如，Xilinx??Spartan-3A FPGA集成了上電復位電路，該電路確保在所有電源均達到閾值之后，才允許對器件進行配置。上電復位電路降低了對電源時序控制的嚴格要求；但是，為了盡量降低浪涌電流水平，同時考慮連接到FPGA的電路的時序控制要求，必須按以下序列給供電軌上電：先是VCCINT，然后是VCCAUX最后是VCCO。請注意，有些應用要求遵循特定序列；因此，請務必參看相關數(shù)據(jù)手冊電源要求部分。

利用無源延遲網(wǎng)絡實現(xiàn)簡單的電源時序控制

對電源實施時序控制的一種簡單辦法是用無源元件延遲進入調節(jié)器使能引腳的信號，此類無源元件包括電阻、電容、二極管等，如圖2所示。當開關閉合時，D1導通，D2斷開。C1充電，EN2的電壓以取決于R1和C1的速率上升。當開關斷開時，C1通過R2、D2和RPULL放電至地。EN2的電壓以取決于R2、RPULL和C1的速率下降。改變R1和R2的值，將改變充電和放電時間，從而設定調節(jié)器的開啟和關閉時間。

圖2.利用電阻、電容和二極管實現(xiàn)的簡單電源時序控制方法

這種方法可以用于不要求進行精密時序控制的應用。只需延遲信號的應用可能只需要外部電阻和電容。在標準調節(jié)器中使用這種方法的劣勢在于，使能引腳的邏輯閾值可能隨電壓和溫度而大幅變化。另外，電壓斜坡中的延遲取決于電阻和電容的值和容差。在–55°C至+85°C的溫度范圍內，典型X5R電容的變化幅度約為±15%，而受直流偏置效應影響，變化幅度還會增加±10%，這個偏差會使時序失去準確性，有時還會變得不可靠。

精密使能引腳簡化時序控制

為了實現(xiàn)精密時序控制所需的穩(wěn)定閾值水平，多數(shù)調節(jié)器要求采用一個外部基準電壓源。ADP5134通過集成一個精密基準電壓源克服了這個問題，同時還可大幅節(jié)省成本和減少印刷電路板(PCB)面積。每個調節(jié)器都有一個單獨的使能輸入引腳。

當使能輸入引腳的電壓升至ENx引腳上升閾值(VIH_EN[0.9V最小值])以上時，器件退出關斷模式，管理模塊開啟，但不會激活調節(jié)器。器件將使能輸入引腳的電壓與一個精密內部基準電壓(典型值為0.97V)進行比較。當使能引腳的電壓升至精密使能閾值以上時，調節(jié)器激活，輸出電壓開始上升。在輸入電壓和溫度轉折點，基準電壓源變化幅度只有±3%。這么小的變化范圍確保了時序控制的精確性，解決了使用分立式元件時存在的問題。

當使能輸入引腳的電壓下降到比基準電壓低80mV(典型值)時，調節(jié)器停用。當所有使能輸入引腳的電壓都降至ENx下降閾值(VIL_EN[0.35V最大值])以下時，器件進入關斷模式。在該模式下，功耗降至1μA以下。圖3和圖4展示了ADP5134精密使能閾值在整個溫度范圍內針對BUCK1的精度。

圖3.整個溫度范圍內的精密使能開啟閾值(10個樣本)

圖4.整個溫度范圍內的精密使能關閉閾值(10個樣本)

利用分阻器實現(xiàn)簡單的電源時序控制

通過將一個調節(jié)器經(jīng)過衰減的輸出連接到下一個要上電的調節(jié)器的使能引腳，可以對多通道電源進行時序控制，如圖5所示，其中，調節(jié)器按順序開啟或關閉：從BUCK1到BUCK2，再到LDO1，最后到LDO2。圖6顯示了在將EN1連接到VIN1之后的上電序列。圖7所示為在將EN1從VIN1斷開后的關斷序列。

圖5.利用ADP5134實現(xiàn)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(xiàn)精密時序比減少PCB面積、節(jié)省成本更重要。對于這類應用，可以使用電壓監(jiān)控和序列器IC，如ADM1184四通道電壓監(jiān)控器，后者在電壓和溫度范圍內的精度達±0.8%。另一種選擇是帶可編程時序的ADM1186四通道電壓序列器和監(jiān)控器；該器件可用于要求對上電和關斷序列進行更精準控制的應用。

例如，ADP5034 4通道調節(jié)器集成了2個3MHz、1200mA降壓調節(jié)器和2個300mA LDO?？梢岳肁DM1184實現(xiàn)典型的時序控制功能，用于監(jiān)控一個調節(jié)器的輸出電壓，并在受監(jiān)控的輸出電壓達到某個水平時，向下一個調節(jié)器的使能引腳提供一個邏輯高信號。如圖8所示，這種方法可用于不提供精密使能功能的調節(jié)器。

圖8.利用ADM1184四通道電壓監(jiān)控器對ADP5034 4通道調節(jié)器進行時序控制

結論

利用ADP5134精密使能輸入引腳進行時序控制非常簡單，實現(xiàn)起來也很方便，每個通道只需要2個外部電阻即可。借助ADM1184或ADM1186電壓監(jiān)控器，可以實現(xiàn)更加精確的時序控制。