深入解析ADI LTC2980 - 24：24通道PMBus電源系統(tǒng)管理器

引言

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源系統(tǒng)的管理至關(guān)重要。ADI公司的LTC2980 - 24作為一款24通道PMBus電源系統(tǒng)管理器，為電源管理帶來了強(qiáng)大的功能和高可靠性。本文將詳細(xì)介紹LTC2980 - 24的特點(diǎn)、應(yīng)用、電氣特性等方面，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用這款產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

主要特性

• 多電源管理：能夠?qū)?4路電源進(jìn)行排序、微調(diào)、裕度調(diào)節(jié)和監(jiān)控，有效管理電源的啟動(dòng)順序和輸出電壓。
• 故障管理與日志記錄：具備故障管理功能，可監(jiān)控遙測(cè)數(shù)據(jù)并創(chuàng)建故障日志，方便故障排查和系統(tǒng)維護(hù)。
• PMBus兼容：支持PMBus命令集，便于與其他設(shè)備進(jìn)行通信和控制。
• 高精度調(diào)節(jié)：能夠?qū)㈦娫吹脑６然蛭⒄{(diào)精度控制在目標(biāo)值的0.15%以內(nèi)。
• 快速過壓/欠壓監(jiān)控：每個(gè)通道都配備快速過壓/欠壓監(jiān)控器，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電源異常。
• 多設(shè)備協(xié)調(diào)：可在多個(gè)ADI PSM設(shè)備之間協(xié)調(diào)電源排序和故障管理。
• 自動(dòng)故障記錄：自動(dòng)將故障信息記錄到內(nèi)部EEPROM中。
• 自主運(yùn)行：無需額外軟件即可自主運(yùn)行。
• 內(nèi)部監(jiān)控：具備內(nèi)部溫度和輸入電壓監(jiān)控功能。
• 精確測(cè)量：能夠精確監(jiān)測(cè)24路輸出電壓、3路輸入電壓和內(nèi)部管芯溫度。
• 通信接口：采用I2C/SMBus串行接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
• 寬電源范圍：可由3.3V或4.5V - 15V電源供電。
• 可編程看門狗定時(shí)器：可監(jiān)控微處理器的活動(dòng)，在必要時(shí)復(fù)位微處理器。
• 封裝形式：采用210引腳的8.1mm × 16.9mm BGA封裝。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：確保服務(wù)器電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性。
• 工業(yè)測(cè)試和測(cè)量：滿足工業(yè)環(huán)境下對(duì)電源管理的高精度要求。
• 高可靠性系統(tǒng)：為對(duì)可靠性要求極高的系統(tǒng)提供可靠的電源管理解決方案。
• 醫(yī)療成像：保障醫(yī)療成像設(shè)備的電源穩(wěn)定性，提高成像質(zhì)量。

電氣特性

電源特性

• 電源輸入范圍：VPWR電源輸入范圍為4.5V - 15V，VDD33電源輸入范圍為3.13V - 3.47V。
• 電源電流：VPWR和VDD33的電源電流典型值為10 - 13mA。
• 欠壓鎖定：VDD33的欠壓鎖定電壓為2.35 - 2.8V，具有120mV的遲滯。
• 穩(wěn)壓器輸出：內(nèi)部穩(wěn)壓器可輸出3.13 - 3.47V的VDD33和2.35 - 2.6V的VDD25。

電壓參考特性

• 輸出電壓：參考電壓VREF的輸出電壓為1.232V，溫度系數(shù)為3ppm/°C，遲滯為100ppm。

ADC特性

• 輸入范圍：電壓感應(yīng)輸入范圍為0 - 6V，電流感應(yīng)輸入范圍（奇數(shù)通道）為 - 0.1 - 6V。
• 分辨率：電壓感應(yīng)分辨率為122μV/LSB，電流感應(yīng)分辨率根據(jù)不同范圍有所不同。
• 總未調(diào)整誤差：電壓感應(yīng)模式下，當(dāng)VIN_ADC ≥ 1V時(shí)，總未調(diào)整誤差為±0.15%；當(dāng)0 ≤ VIN_ADC ≤ 1V時(shí)，為±1.5mV。電流感應(yīng)模式下，當(dāng)20mV ≤ VIN_ADC ≤ 170mV時(shí)，總未調(diào)整誤差為±0.7%；當(dāng)VIN_ADC ≤ 20mV時(shí)，為±140μV。
• 轉(zhuǎn)換時(shí)間：電壓感應(yīng)模式下轉(zhuǎn)換時(shí)間為6.15ms，電流感應(yīng)模式下為24.6ms。

DAC輸出特性

• 分辨率：DAC輸出分辨率為10位。
• 滿量程輸出電壓：可編程，范圍為1.29 - 2.80V。
• 非線性：積分非線性和微分非線性最大為±2.4LSB。
• 失調(diào)電壓：最大為±10mV。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)：負(fù)載調(diào)節(jié)為100ppm/mA。
• 電源抑制比：DC時(shí)為60dB。

電壓監(jiān)控特性

• 輸入范圍：輸入電壓范圍可編程，低分辨率模式為0 - 6V，高分辨率模式為0 - 3.8V。
• 分辨率：高分辨率模式下為4mV/LSB，低分辨率模式下為8mV/LSB。
• 總未調(diào)整誤差：根據(jù)不同的輸入電壓范圍，總未調(diào)整誤差在±1.0% - ±1.5%之間。
• 更新周期：更新周期為12.21μs。

引腳配置與功能

LTC2980 - 24采用210引腳的BGA封裝，引腳功能豐富。主要包括電源引腳（VPWR、VDD33、VDD25）、電壓感應(yīng)引腳（VSENSEPn、VSENSEMn）、DAC輸出引腳（VDACPn、VDACM）、使能引腳（VOUT_ENn、VIN_EN）、通信引腳（SDA、SCL）、控制引腳（CONTROL0、CONTROL1）、故障指示引腳（FAULTBzn）等。每個(gè)引腳都有其特定的功能，在設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理連接和配置。

工作原理

設(shè)備組成

LTC2980 - 24包含三個(gè)獨(dú)立的LTC2977設(shè)備，每個(gè)部分都有獨(dú)立的電源和接地引腳，可獨(dú)立工作。

設(shè)備地址配置

由于包含三個(gè)獨(dú)立設(shè)備，每個(gè)部分都需要配置唯一的地址。I2C/SMBus地址的配置方式與單個(gè)LTC2977設(shè)備相同，同時(shí)該設(shè)備還響應(yīng)LTC2977的全局地址和SMBus警報(bào)響應(yīng)地址。

EEPROM功能

內(nèi)部EEPROM用于存儲(chǔ)配置設(shè)置和故障日志信息，具有糾錯(cuò)碼（ECC）。EEPROM的耐久性、保留時(shí)間和批量寫入操作時(shí)間在工作結(jié)溫范圍內(nèi)有明確規(guī)定。當(dāng)結(jié)溫超過105°C時(shí)，EEPROM的性能會(huì)受到一定影響，建議在結(jié)溫低于85°C時(shí)進(jìn)行寫入操作。

應(yīng)用信息

供電方式

LTC2980 - 24有兩種供電方式：

• 中間總線供電：將4.5V - 15V的電壓施加到VPWR引腳，內(nèi)部線性穩(wěn)壓器將VPWR轉(zhuǎn)換為3.3V為內(nèi)部電路供電。
• 外部3.3V供電：將3.13V - 3.47V的外部3.3V電源直接施加到VDD33引腳，并將VPWR與VDD33引腳相連。

應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

• VIN感應(yīng)：可使用VIN_SNS引腳監(jiān)測(cè)和監(jiān)控除VIN以外的電壓，每個(gè)VIN_SNS引腳都有校準(zhǔn)的內(nèi)部分壓器，可直接感應(yīng)高達(dá)15V的電壓。
• 未使用的ADC感應(yīng)輸入：將所有未使用的ADC感應(yīng)輸入（VSENSEPn或VSENSEMn）連接到GND，在某些情況下可使用100k電阻連接到GND。

PCB組裝和布局建議

• 旁路電容放置：在VDD33引腳和GND、VDD25引腳和GND、REFP和REFM引腳之間需要放置0.1μF的旁路電容。如果通過VPWR輸入供電，該引腳也需要連接0.1μF的旁路電容到GND。
• PCB布局：建議使用多層PCB，專門為電源和接地分配一層，確保低電阻和低電感的電源和接地連接，以減少電源噪聲并保證設(shè)備正常運(yùn)行。

設(shè)計(jì)檢查清單

• I2C地址：每個(gè)部分都需要配置唯一的地址，建議使用唯一的硬件ASELn值進(jìn)行簡(jiǎn)單的系統(tǒng)編程。
• 輸出使能：在所有VOUT_ENn引腳使用適當(dāng)?shù)纳侠娮?，確保不超過VOUT_ENn引腳的絕對(duì)最大額定值。
• VIN感應(yīng)：無需外部電阻分壓器來感應(yīng)VIN，VIN_SNS已經(jīng)有內(nèi)部校準(zhǔn)分壓器。
• 邏輯信號(hào)：驗(yàn)證數(shù)字引腳（SCL、SDA、ALERTB、FAULTBzn、CONTROLn、SHARE_CLK、WDI、ASELn、PWRGD）的絕對(duì)最大額定值不被超過。
• 未使用的輸入：將所有未使用的VSENSEPn、VSENSEMn和DACMn引腳連接到GND，避免輸入浮空。
• DAC輸出：根據(jù)所需的裕度范圍選擇合適的電阻，可參考LTpowerPlay中的電阻選擇工具。
• 電源供應(yīng)：如果通過VPWR供電，不要將VDD33(A)、VDD33(B)和VDD33(C)引腳連接在一起，因?yàn)槊總€(gè)VDD33引腳都有獨(dú)立的內(nèi)部穩(wěn)壓器。

典型性能特性

文檔中給出了多個(gè)典型性能特性曲線，包括參考電壓與溫度的關(guān)系、溫度傳感器誤差與溫度的關(guān)系、ADC總未調(diào)整誤差與溫度的關(guān)系等。這些曲線可以幫助工程師更好地了解設(shè)備在不同溫度下的性能表現(xiàn)，為設(shè)計(jì)提供參考。

相關(guān)部件

ADI還提供了一系列相關(guān)的電源管理部件，如LTC2970、LTC2974、LTC2975、LTC2977、LTC2980、LTM2987、LTC3880和LTC2971等。這些部件在功能和性能上各有特點(diǎn)，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和搭配。

總結(jié)

LTC2980 - 24作為一款功能強(qiáng)大的24通道PMBus電源系統(tǒng)管理器，具有豐富的功能和良好的性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理配置設(shè)備的參數(shù)和引腳，注意PCB布局和電源供應(yīng)等方面的問題，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，參考相關(guān)的典型性能特性和設(shè)計(jì)檢查清單，可以幫助工程師更好地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。大家在使用過程中遇到任何問題，歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。