ADM1169：多功能電源監(jiān)控與排序芯片的深度解析

在電子設(shè)計領(lǐng)域，對于多電源系統(tǒng)的監(jiān)控和排序需求日益增長。ADM1169 作為一款功能強大的可配置監(jiān)控/排序設(shè)備，為多電源系統(tǒng)的供應(yīng)監(jiān)控和排序提供了單芯片解決方案。下面我們將深入探討這款芯片的特性、應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)。

文件下載：EVAL-ADM1169LQEBZ.pdf

特性亮點

1. 全面的監(jiān)控與排序功能

ADM1169 可對多達 8 個電源進行監(jiān)控和排序，具備 16 事件深度的非易失性故障記錄功能，就像一個“黑匣子”，能記錄關(guān)鍵的故障信息。其 8 個電源故障檢測器可在 25°C 時以 <0.5% 的精度對所有電壓進行監(jiān)控，在全電壓和溫度范圍內(nèi)精度 <1.0%，為電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了可靠保障。

2. 靈活的輸入輸出配置

• 輸入方面：擁有 4 個可選輸入衰減器，允許在 VH 上監(jiān)控高達 14.4V 的電源，在 VP1 至 VP3（VPx）上監(jiān)控 6V 的電源。4 個雙功能輸入 VX1 至 VX4（VXx），既可以作為高阻抗輸入用于電源故障檢測，閾值范圍在 0.573V 至 1.375V 之間，也可以作為通用邏輯輸入。
• 輸出方面：提供 8 個可編程驅(qū)動輸出 PDO1 至 PDO8（PDOx），輸出模式多樣，包括開集電極外部上拉、推挽輸出、開集電極弱上拉至 VDDCAP 或 VPx 等，其中 PDO1 至 PDO6 還具備內(nèi)部電荷泵高驅(qū)動功能，可用于驅(qū)動外部 NFET。

  3. 電壓裕度調(diào)節(jié)功能

  集成了 4 個 8 位電壓輸出 DAC（0.300V 至 1.551V）和 12 位 ADC，可實現(xiàn)對 4 個電壓軌的完整電壓裕度調(diào)節(jié)。DAC 可通過 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)/反饋節(jié)點進行電壓調(diào)整，ADC 則用于讀取所有監(jiān)控電壓，為電源系統(tǒng)的精確調(diào)節(jié)提供了有力支持。

  4. 強大的排序引擎

  基于狀態(tài)機的排序引擎（SE）提供了多達 63 種不同狀態(tài)，可根據(jù)輸入事件靈活控制 PDO 輸出，實現(xiàn)復(fù)雜的電路板控制，如電源上電和下電序列控制、故障事件處理以及警告中斷生成等。還可集成看門狗功能，通過 SMBus 進行軟件控制。

  5. 其他特性

• 采用最高的 VPx 或 VH 供電，提高了冗余性。
• 具備 256 字節(jié)的用戶 EEPROM，可存儲用戶定義信息和故障記錄。
• 支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 2 線總線接口（SMBus），方便與其他設(shè)備進行通信。

應(yīng)用場景

ADM1169 適用于多種應(yīng)用場景，如中央辦公系統(tǒng)、服務(wù)器/路由器、多電壓系統(tǒng)線卡、DSP/FPGA 電源排序以及帶裕度電源的在線測試等。在這些場景中，ADM1169 能夠確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，提高系統(tǒng)的可靠性和性能。

技術(shù)細(xì)節(jié)分析

1. 電源供電

ADM1169 從 VPx 或 VH 中的最高電壓輸入獲取電源，通過 VDD 仲裁器選擇供電電源，具有約 0.2V 的最小開關(guān)損耗，可從低至 3.0V 的電源供電。同時，需要在 VDDCAP 引腳連接外部電容進行去耦，以保證芯片的穩(wěn)定運行。在電源出現(xiàn)短時中斷（掉電）時，VDD 電容可作為儲能器，維持芯片的正常工作。

2. 輸入功能

• 電源監(jiān)控：ADM1169 有 8 個可編程輸入，其中 4 個為專用電源故障檢測器（SFD），另外 4 個 VXx 輸入具有雙功能，可作為 SFD 或數(shù)字邏輯輸入。用戶可根據(jù)需要配置輸入，實現(xiàn)對不同電壓范圍的電源監(jiān)控，檢測欠壓、過壓或窗口外故障。
• 輸入比較器遲滯：為避免輸入接近設(shè)定閾值時的抖動，UV 和 OV 比較器具有數(shù)字可編程遲滯功能，用戶可根據(jù)需要設(shè)置遲滯值。
• 輸入毛刺濾波：SFD 的最后一級是毛刺濾波器，可對 SFD 比較器的輸出進行時域濾波，去除如電源開啟時的雜散過渡信號，濾波超時時間可編程，最長可達 100μs。

  3. 輸出功能

• 電源排序：通過可編程驅(qū)動輸出（PDOs）實現(xiàn)電源排序，PDOs 可作為邏輯使能或 FET 驅(qū)動。排序由 SE 控制，根據(jù) ADM1169 的輸入條件決定 PDO 的動作，可用于為板上的 LDO 或 DC - DC 轉(zhuǎn)換器提供使能信號，或提供 PWRGD 信號和 RESET 輸出。
• 輸出配置：PDOs 可通過多種方式進行編程，如開漏、開漏弱上拉、開漏強上拉等，還可提供內(nèi)部電荷泵高驅(qū)動（僅 PDO1 至 PDO6）。數(shù)據(jù)驅(qū)動 PDO 的來源有 SE 輸出、SMBus 直接控制和片上時鐘。

  4. 排序引擎

• 概述：SE 實現(xiàn)了對 PDO 輸出的狀態(tài)機控制，狀態(tài)變化取決于輸入事件。SE 程序可實現(xiàn)復(fù)雜的電路板控制，如電源上電和下電序列控制、故障事件處理和警告中斷生成等。還可集成看門狗功能，通過 SMBus 進行軟件控制。
• 狀態(tài)機結(jié)構(gòu)：SE 狀態(tài)機由 63 個狀態(tài)單元組成，每個狀態(tài)具有監(jiān)控輸入引腳狀態(tài)、可從任何其他狀態(tài)進入、有三個退出路徑（序列檢測、故障監(jiān)控和超時）、可定義 PDO 輸出條件、狀態(tài)轉(zhuǎn)換時間小于 20μs 以及可觸發(fā)黑匣子故障和狀態(tài)寄存器寫入 EEPROM 等屬性。
• 應(yīng)用示例：以一個三電源系統(tǒng)的上電序列為例，展示了 SE 的工作原理。通過監(jiān)控輸入引腳的狀態(tài)，SE 可控制 PDO 輸出，實現(xiàn)電源的有序開啟和關(guān)閉，并處理故障情況。

  5. 故障和狀態(tài)報告

  ADM1169 有故障鎖存器用于記錄故障，通過 FSTAT1 和 FSTAT2 寄存器存儲故障信息，可通過 SMBus 讀取。同時，還有多個狀態(tài)寄存器，提供更詳細(xì)的信息，如輸入的欠壓或過壓狀態(tài)、ADC 限制故障等。

  6. 非易失性黑匣子故障記錄

  EEPROM 的一部分（地址 0xF980 至 0xF9FF）可用于存儲多達 16 條故障記錄。任何排序引擎狀態(tài)都可指定為黑匣子寫入狀態(tài)，當(dāng)進入該狀態(tài)時，會將故障記錄寫入 EEPROM，記錄包含故障發(fā)生時的芯片狀態(tài)信息。

  7. 電壓回讀

  ADM1169 配備 12 位 ADC 用于電壓回讀，通過 8 通道模擬多路復(fù)用器選擇輸入通道，可對 VH、VPx 和 VXx 輸入進行讀取。ADC 可進行單次或連續(xù)轉(zhuǎn)換，并提供平均功能。通過 ADC 代碼和衰減因子可計算輸入引腳的電壓。

  8. 電源裕度調(diào)節(jié)

• 開環(huán)電源裕度調(diào)節(jié)：通過將 DAC 輸出連接到 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的反饋節(jié)點，改變反饋電壓，實現(xiàn)電源的裕度調(diào)節(jié)。ADM1169 可對多達 4 個電源進行開環(huán)裕度調(diào)節(jié)。
• 閉環(huán)電源裕度調(diào)節(jié)：結(jié)合 12 位 ADC 和 6 個電壓輸出 DAC，可實現(xiàn)更精確的閉環(huán)裕度調(diào)節(jié)。通過讀取電源電壓并調(diào)整 DAC 輸出，可將 DC - DC 轉(zhuǎn)換器的輸出電壓精確控制在目標(biāo)電壓的 ±0.5% 范圍內(nèi)。

  9. 通信與配置

• 配置下載：ADM1169 的配置由 RAM 中的內(nèi)容決定，在電源上電時，需從 EEPROM 下載配置數(shù)據(jù)到 RAM。下載過程分多個步驟進行，確保配置的正確加載。
• 配置更新：提供多種配置更新選項，用戶可通過 SMBus 實時更新配置、更新 Latch A 而不更新 Latch B 或修改 EEPROM 內(nèi)容后再下載到 RAM。
• 排序引擎更新：SE 的狀態(tài)定義存儲在專用的 512 字節(jié) EEPROM 中，要更改狀態(tài)，需直接修改 EEPROM 中的 64 位字。
• 內(nèi)部寄存器：包含地址指針寄存器和配置寄存器，用于選擇內(nèi)部寄存器和控制芯片的操作參數(shù)。
• EEPROM：用于永久存儲數(shù)據(jù)，可通過串行總線進行讀寫操作。但寫入 EEPROM 前需先擦除，且寫入速度較慢，寫入次數(shù)有限。
• 串行總線接口：通過 SMBus 進行控制，作為從設(shè)備與主設(shè)備通信。ADM1169 有 7 位串行總線從地址，可通過 A1 和 A0 引腳設(shè)置。同時，還提供了多個識別寄存器，可通過 SMBus 讀取。
• SMBus 協(xié)議：支持多種 SMBus 讀寫協(xié)議，包括發(fā)送字節(jié)、寫入字節(jié)/字、塊寫入、接收字節(jié)和塊讀取等操作。還可選擇使用數(shù)據(jù)包錯誤檢查（PEC）字節(jié)進行數(shù)據(jù)驗證。

總結(jié)

ADM1169 是一款功能豐富、性能強大的電源監(jiān)控和排序芯片，為多電源系統(tǒng)的設(shè)計提供了全面的解決方案。其靈活的輸入輸出配置、強大的排序引擎和豐富的功能特性，使其在各種應(yīng)用場景中都能發(fā)揮重要作用。電子工程師在設(shè)計多電源系統(tǒng)時，可充分利用 ADM1169 的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的可靠性和性能。你在使用 ADM1169 過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。