探秘ADM1168：多功能電源監(jiān)控與排序芯片的卓越之選

引言

在當(dāng)今復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，電源管理和監(jiān)控至關(guān)重要。ADM1168作為一款多功能的電源監(jiān)控與排序芯片，為工程師們提供了強(qiáng)大而靈活的解決方案。本文將深入探討ADM1168的特性、功能、應(yīng)用以及使用方法，幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用這款芯片。

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芯片特性概覽

全面的監(jiān)控與排序能力

ADM1168為多達(dá)8個(gè)電源提供了完整的監(jiān)控和排序解決方案，能夠?qū)﹄娫催M(jìn)行高精度的監(jiān)測(cè)，在25°C時(shí)對(duì)所有電壓的監(jiān)測(cè)精度可達(dá)<0.5%，在全電壓和溫度范圍內(nèi)精度<1.0%。這使得它在多電源系統(tǒng)中能夠準(zhǔn)確地監(jiān)控電源狀態(tài)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

非易失性故障記錄

具備16個(gè)事件深度的黑匣子非易失性故障記錄功能，這意味著在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠記錄下關(guān)鍵的故障信息，方便工程師進(jìn)行故障排查和分析。即使在電源故障的情況下，這些記錄也不會(huì)丟失，為故障診斷提供了有力的依據(jù)。

靈活的輸入輸出配置

• 輸入方面：有4個(gè)可選的輸入衰減器，可對(duì)高達(dá)14.4V的電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)；4個(gè)雙功能輸入（VX1 - VX4），既可以作為電源故障檢測(cè)器，也可以作為通用邏輯輸入；高阻抗輸入的電源故障檢測(cè)器，閾值范圍在0.573V至1.375V之間。
• 輸出方面：擁有8個(gè)可編程驅(qū)動(dòng)輸出（PDO1 - PDO8），輸出模式多樣，包括開漏、推挽等，還可以提供高達(dá)12V的輸出用于驅(qū)動(dòng)外部NFET。

強(qiáng)大的測(cè)序引擎

測(cè)序引擎（SE）實(shí)現(xiàn)了對(duì)PDO輸出的狀態(tài)機(jī)控制，狀態(tài)變化取決于輸入事件。這使得芯片能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的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功能。同時(shí)，還可以通過SMBus對(duì)測(cè)序進(jìn)行軟件控制，增加了系統(tǒng)的靈活性。

其他特性

• 采用最高的VPx或VH電源供電，提高了冗余性。
• 擁有256字節(jié)的用戶EEPROM，方便用戶存儲(chǔ)自定義信息。
• 具備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的2線總線接口（SMBus），便于與其他設(shè)備進(jìn)行通信。

引腳配置與功能

引腳功能詳解

電源供電與配置

ADM1168由VPx或VH中最高電壓輸入供電，這種設(shè)計(jì)提高了芯片的冗余性。VDD仲裁器會(huì)選擇合適的電源為芯片供電，仲裁器可看作是四個(gè)低壓差穩(wěn)壓器（LDO）的“或”操作。同時(shí)，需要在VDDCAP引腳連接一個(gè)外部電容，用于去耦和在電源掉電時(shí)作為儲(chǔ)能電容，推薦使用10μF的電容。

輸入功能分析

電源監(jiān)控輸入

芯片有八個(gè)可編程輸入，其中四個(gè)是專用電源故障檢測(cè)器（SFDs），分別是VH和VPx（VP1 - VP3），另外四個(gè)輸入（VX1 - VX4）具有雙功能。這些輸入可以配置為檢測(cè)欠壓、過壓或窗口外故障，閾值可以通過寄存器進(jìn)行8位分辨率的編程。

輸入比較器滯回

為了避免輸入接近設(shè)定閾值時(shí)的抖動(dòng)，UV和OV比較器具有數(shù)字可編程滯回功能。滯回值可以根據(jù)公式 (V{H Y S T}=V{R} × N{THRESH } / 255) 進(jìn)行計(jì)算，其中 (N{THRESH }) 最大為31。

輸入毛刺濾波

SFDs的最后一級(jí)是毛刺濾波器，可對(duì)SFD比較器的輸出進(jìn)行時(shí)域?yàn)V波，去除電源開啟時(shí)的雜散過渡。毛刺濾波器的超時(shí)時(shí)間可編程，最長(zhǎng)可達(dá)100μs。

VXx輸入的特殊功能

VXx輸入既可以作為電源故障檢測(cè)器，也可以作為數(shù)字邏輯輸入。作為模擬輸入時(shí)，其輸入范圍為0.573V至1.375V，但可以通過外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)其他電源。作為數(shù)字輸入時(shí)，可提供額外的電源監(jiān)控功能，并且可以配置為檢測(cè)電平變化或邊沿變化。

輸出功能分析

電源排序輸出

通過可編程驅(qū)動(dòng)輸出（PDOs）實(shí)現(xiàn)電源排序，PDOs可以作為邏輯使能或FET驅(qū)動(dòng)器。測(cè)序引擎（SE）根據(jù)芯片輸入的狀態(tài)控制PDOs的動(dòng)作，可用于為L(zhǎng)DO或DC - DC轉(zhuǎn)換器提供使能信號(hào)、提供PWRGD信號(hào)或RESET輸出等。

PDO輸出配置

PDOs可以編程為多種輸出模式，包括開漏、開漏帶弱上拉、開漏帶強(qiáng)上拉、強(qiáng)下拉到GND以及內(nèi)部電荷泵高驅(qū)動(dòng)（僅PDO1 - PDO6）。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)PDOs的來源有三個(gè)：測(cè)序引擎輸出、直接來自SMBus、片上時(shí)鐘。

默認(rèn)輸出配置

未編程的ADM1168芯片內(nèi)部寄存器初始值為0，PDOx引腳通過片上20kΩ弱下拉電阻拉到GND。在電源上電過程中，PDO的狀態(tài)會(huì)根據(jù)輸入電源電壓的變化而變化。

測(cè)序引擎詳解

概述

測(cè)序引擎（SE）為用戶提供了強(qiáng)大而靈活的排序控制，它基于狀態(tài)機(jī)控制PDO輸出，狀態(tài)變化取決于輸入事件。SE程序可以實(shí)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，還可以集成看門狗功能。

狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)

SE狀態(tài)機(jī)由63個(gè)狀態(tài)單元組成，每個(gè)狀態(tài)具有以下屬性：

• 監(jiān)測(cè)八個(gè)輸入引腳（VP1 - VP3、VH和VX1 - VX4）的狀態(tài)信號(hào)。
• 可以從任何其他狀態(tài)進(jìn)入。
• 有三個(gè)退出路徑：序列檢測(cè)、故障監(jiān)測(cè)和超時(shí)。
• 序列和超時(shí)塊的延遲定時(shí)器可以獨(dú)立編程，超時(shí)范圍為0ms至400ms。
• 在一個(gè)狀態(tài)內(nèi)，八個(gè)PDO引腳的輸出狀態(tài)是固定的。
• 狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間小于20μs。
• 可以觸發(fā)將黑匣子故障和狀態(tài)寄存器寫入EEPROM的黑匣子部分。

警告監(jiān)測(cè)

SE還會(huì)監(jiān)測(cè)警告信號(hào)，這些警告可以由ADC讀數(shù)超出極限寄存器值或VPx和VH的二次電壓監(jiān)測(cè)觸發(fā)。警告信號(hào)會(huì)進(jìn)行“或”運(yùn)算，并作為單個(gè)警告輸入提供給三個(gè)狀態(tài)退出塊。

SMBus跳轉(zhuǎn)

可以通過SMBus強(qiáng)制SE無條件進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，這在調(diào)試序列或進(jìn)入裕度狀態(tài)時(shí)非常有用。

應(yīng)用示例

以一個(gè)三電源系統(tǒng)的上電序列為例，展示了SE的工作原理。在這個(gè)系統(tǒng)中，VP1引腳的5V電源正常且VX1引腳為低電平時(shí)，觸發(fā)上電序列。序列依次開啟3.3V和2.5V電源，當(dāng)所有電源正常開啟后，進(jìn)入PWRGD狀態(tài)。在整個(gè)過程中，通過序列檢測(cè)器、監(jiān)測(cè)故障檢測(cè)器和超時(shí)檢測(cè)器處理各種故障情況。

故障與狀態(tài)報(bào)告

ADM1168具有故障鎖存器用于記錄故障，F(xiàn)STAT1和FSTAT2寄存器用于存儲(chǔ)故障信息。每個(gè)輸入對(duì)應(yīng)一個(gè)位，輸入故障時(shí)相應(yīng)位會(huì)被置位。故障寄存器可以在每個(gè)狀態(tài)中啟用或禁用，以確保只捕獲真實(shí)的故障。

此外，芯片還有多個(gè)狀態(tài)寄存器，提供更詳細(xì)的信息，如輸入的欠壓或過壓故障、ADC極限故障等。狀態(tài)寄存器分為兩組，一組不鎖存，隨時(shí)響應(yīng)輸入變化；另一組在序列引擎狀態(tài)改變時(shí)更新并鎖存，用于黑匣子功能寫入狀態(tài)信息。

非易失性黑匣子故障記錄

EEPROM的一部分（地址0xF900至0xF9FF）可用于存儲(chǔ)用戶自定義設(shè)置和信息，其中地址0xF980至0xF9FF可存儲(chǔ)多達(dá)16條故障記錄。任何測(cè)序引擎狀態(tài)都可以指定為黑匣子寫入狀態(tài)，每次進(jìn)入該狀態(tài)時(shí)，會(huì)將故障記錄寫入EEPROM。

故障記錄包含標(biāo)志位、前一個(gè)狀態(tài)的狀態(tài)號(hào)、狀態(tài)退出原因、輸入比較器狀態(tài)、VXx GPISTAT狀態(tài)、LIMSTATx狀態(tài)和校驗(yàn)和字節(jié)等信息。每次寫入一條故障記錄大約需要2ms，寫入過程中芯片會(huì)確保記錄完整。

為了避免故障記錄丟失，應(yīng)用程序可以定期輪詢芯片，或者使用PDOx輸出產(chǎn)生中斷信號(hào)通知處理器讀取故障記錄。讀取故障記錄后，需要擦除EEPROM并重置故障記錄器，以便再次使用。

通信與配置

上電配置下載

ADM1168的配置由RAM中的內(nèi)容決定，RAM中的數(shù)字鎖存器是雙緩沖的，包括Latch A和Latch B。上電時(shí)，需要將EEPROM中的內(nèi)容下載到本地鎖存器，具體步驟如下：

1. 無電源時(shí)，PDOs為高阻抗。
2. 當(dāng)輸入電源達(dá)到1.2V時(shí)，PDOs通過20kΩ電阻弱下拉到GND。
3. 電源超過欠壓鎖定（UVLO為2.5V）時(shí)，EEPROM開始下載到RAM。
4. EEPROM內(nèi)容下載到所有Latch A。
5. 下載完成后，設(shè)備控制器將所有Latch A的內(nèi)容同時(shí)下載到Latch B，完成配置下載。
6. 配置下載完成0.5ms后，從EEPROM下載第一個(gè)狀態(tài)定義到SE。

配置更新

上電后，用戶可以通過SMBus接口更新ADM1168的配置，有三種更新選項(xiàng)：

1. 實(shí)時(shí)更新配置，直接寫入RAM。
2. 只更新Latch A，不更新Latch B，配置保持不變，直到更新Latch B。
3. 更改EEPROM寄存器內(nèi)容，不改變RAM內(nèi)容，然后將修改后的EEPROM內(nèi)容下載到RAM。

測(cè)序引擎更新

SE有自己的512字節(jié)EEPROM用于存儲(chǔ)狀態(tài)定義，上電時(shí)從EEPROM加載第一個(gè)狀態(tài)。要更改狀態(tài)，需要直接修改EEPROM中的64位字，并上傳到EEPROM。

內(nèi)部寄存器

芯片包含大量數(shù)據(jù)寄存器，主要包括地址指針寄存器和配置寄存器。地址指針寄存器用于選擇其他內(nèi)部寄存器，配置寄存器用于控制和配置芯片的各種操作參數(shù)。

EEPROM

ADM1168有兩個(gè)512字節(jié)的非易失性EEPROM，一個(gè)用于存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)、用戶信息和故障記錄，另一個(gè)用于存儲(chǔ)SE的狀態(tài)定義。EEPROM可以讀寫，但寫入前需要先擦除，且寫入速度較慢，寫入次數(shù)有限。

串行總線接口

芯片通過串行系統(tǒng)管理總線（SMBus）進(jìn)行控制，作為從設(shè)備連接到總線上。上電后約1ms完成EEPROM下載，下載完成前訪問芯片會(huì)收到無應(yīng)答（NACK）。

SMBus協(xié)議

ADM1168使用多種SMBus協(xié)議進(jìn)行讀寫操作，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。同時(shí)，還提供了數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤檢查（PEC）功能，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性。

應(yīng)用領(lǐng)域

ADM1168適用于多種應(yīng)用場(chǎng)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(cè)試等。其強(qiáng)大的功能和靈活的配置使其能夠滿足不同系統(tǒng)的電源管理和監(jiān)控需求。

總結(jié)

ADM1168作為一款功能強(qiáng)大的電源監(jiān)控與排序芯片，為電子工程師提供了全面而靈活的解決方案。通過其豐富的輸入輸出配置、強(qiáng)大的測(cè)序引擎、非易失性故障記錄以及靈活的通信和配置方式，能夠有效地實(shí)現(xiàn)多電源系統(tǒng)的監(jiān)控和排序，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師可以根據(jù)具體需求對(duì)芯片進(jìn)行配置和編程，以滿足不同系統(tǒng)的要求。

在使用ADM1168時(shí)，需要注意電源供電、引腳配置、寄存器設(shè)置以及通信協(xié)議等方面的細(xì)節(jié)，以確保芯片的正常工作。同時(shí)，對(duì)于故障記錄和配置更新等功能，也需要合理使用，以便更好地進(jìn)行故障排查和系統(tǒng)維護(hù)。希望本文能夠幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用ADM1168芯片，為電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供有力的支持。

你在使用ADM1168芯片的過程中遇到過哪些問題？對(duì)于電源監(jiān)控和排序芯片，你還有哪些關(guān)注的要點(diǎn)？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。