电源管理芯片ispPAC-POWER1208的工作原理及其应用

摘要：本文简述了在系统可编程电源管理芯片ispPAC-POWER1208 的结构、功能和开发环境PAC-Designer ，给出了基于该器件的多电压系统的电源管理应用实例，并主要讨论了电源时序管理和监控的实现，比较了对供电异常情况处理的两种方法，同时简要介绍了设计仿真。该器件可使多电压供电系统的设计大为简化，缩短开发时间。

关键词：可编程逻辑器件；电源管理；多电压供电；时序
　
引　言

如今，复杂的集成电路与系统都对电源的供电时序及监控提出了很高的要求。在一个由CPU、DSP、FPGA 和ASIC 等构成的典型系统中，需要多种电源电压，以便在优化性能的同时降低功耗。但是，用户必须将这些电源电压加到器件上，并按预定的顺序上电和断电，以防损坏器件，这就给设计者带来了困难。以往要实现上述电源管理，要用到许多比较器、电阻、电容、定时器和逻辑器件，而这样在设计时就需花费大量的时间和占用电路板的空间。ispPAC-ER1208 可实现电源管理的单芯片解决方案，而且由于它具有在系统可编程特性，需要重新更改设计也十分方便。本文即利用该器件的这些特性，完成了一多电压供电系统的设计，并可对电源供电的异常情况进行监控，以实现系统的自我保护。

ispPAC - POWER1208 的结构及功能

ispPAC - POWER1208 集成了可编程逻辑、电压比较器、参考电压及高电压的场效应管驱动器 ，其结构框图如图1 所示。

图1 　ispPAC - POWER1208 结构框图

框图中各部分说明如下:
(1) 模拟输入部分有12个精确的可编程门限比较器，每个比较器有192 级，步长为1% ，各含有一个低频干扰滤波器及一个在芯片的精度参考。应用中监控级别可以设为标准电压，如:1.2V ，1.5V ，1.8V ，2.5V ，3.3V 或5.0V ，而且可同步监控所有12路电压; (2) 4个数字输入用来与其它控制电路或数字逻辑器件相连接; (3) 可编程时序和控制逻辑相当于一个含有16个宏单元的CPLD ，用于控制时序状态机或其它监控逻辑的功能状态; (4) 可编程定时器的内置振荡器工作于250kHz ，PLD 有8个可选的时钟频率，这取决于编程时所选择的分频值; (5) 8个直接比较器输出可以被直接监控，而且在需要扩展的情况下可直接驱动附加的控制逻辑; (6) 输出部分可设为两种不同的模式:其中HVOUT1-UT4 可单独设置成开路模式以驱动逻辑电平信号，也可设为高压MOS 场效应管驱动器输出以驱动外接的N 沟道MOS 场效应管;OUT5 - OUT8 为开路输出，与外部电路连接时可提供监控和报警信号。

ispPAC - POWER1208 在电源时序管理和监控上的应用

ispPAC - POWER1208 所有功能的设置和编程都是通过开发环境PAC - Designer 完成的，最新版本为3. 0 ，有图形化的用户界面。在PAC - Designer 中集成有设计工具LogiBuilder ，利用它可对电源管理器件中的内置PLD 进行设置，这使得电源时序管理变得容易。LogiBuilder 有一套简洁易懂的时序控制指令集，其中除了顺序执行的指令外，还能通过GOTO 和IF - THEN - ELSE 指令实现循环和条件执行。

利用LogiBuilder ，能轻松实现对一个多电压系统的供电时序管理。以图2 所示的多电压系统为例: 外界提供5V ，系统内部经两个稳压器又可提供3. 3V及2.5V。系统通电启动时，供电顺序依次为3.3V、2.5V、5V ，而且每两级电压之间要有10ms间隔以保证电路稳定工作。在各级电压被激活之前，系统复位信号SYSRESET需一直保持为低电平，直到各级电压都被激活，SYSRESET才变为高电平。当SHUT-DOWN 为高电平时，关闭各级电压，但顺序与通电时相反。当任何一级电压出现过压时，系统应紧急关闭电源以免对电路造成损害。对应上述的电源管理的要求，用LogiBuilder 的时序控制指令进行编程，显示上栏为上电与断电的时序控制，下栏为异常情况的处理。编程时，只需依对话框指引进行选择设置即可。

对于异常情况的处理，有两种方法 :第一种是在时序控制的主流程中对临界点进行反复检测;第二种是利用LogiBuilder 的Exception 功能，它能针对主流程中未涉及的异常情况做出快速响应。但采用第一种方法有两个缺点:首先，响应时间过慢，尤其是当异常情况出现时，主流程刚好执行的是等待指令;其次，在主流程加入过多的检测指令会使程序的可读性变差，而且不易调试。本文所述应用中，采用的是第二种，其中异常情况即指5V、3. 3V、2. 5V 这3 路电压中任何一路过压。在Exception 中，用布尔表达式描述各种异常情况的逻辑组合，输出用来指定异常情况发生时采取的行动，Exception Handler 指定处理完异常情况后时序控制主流程应执行的指令。

图2 　利用ispPAC - POWER1208 进行电源管理

结　论

在PAC - Designer 环境中，利用其集成的波形图编辑器来输入激励波形，然后运行数字模拟器进行功能逻辑仿真，最后可以在波形查看器窗口中查看ispPAC-POWER1208 指定输出引脚的波形。对器件的编程是通过一个IEEE1149.1 的边界扫描协议将所有信息写入其内部的非易失性E²CMOS 配置存储器。ispPAC - POWER1208 的结构特点，使之特别适用于多电压供电系统的时序控制和监控，可广泛应用于许多电子产品中，如通讯、存储及汽车电子设备等。利用它开发电子产品的电源管理系统，可大大缩短开发时间，有利于产品的稳定工作和小型化。