如何在不受控制的断电期间管理处理器电源
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1.前言
得益于无线连接和人机界面的突破，下一代智能电器变得越来越智能。具有高度集成图形加速器的处理器（如 Sitara™ AM335x 处理器）可以帮助我们实现更好的触摸界面、更大的屏幕和更高分辨率的高清摄像头。具有速度高达 1GHz 的 Arm® 或数字信号处理器 (DSP) 内核的处理器可以帮助我们集成多个传感器、语音识别和家庭自动化。具有无线连接功能的处理器可以帮助我们通过物联网 (IoT) 实现设备或云之间的交互连接。
通常，处理器或数字设备需要不同的电源电压，在电路板上以正确的电源顺序混合在一起。电源电压以不正确的电源顺序打开或关闭会导致可靠性问题，例如特性退化、浪涌电流和闭锁条件。以正确的加电/断电顺序为处理器供电是一项挑战，需要设计一种在效率、成本和尺寸之间进行权衡的电源树架构。
2.合理的电源架构
管理断电排序的另一个设计挑战是不受控制的断电，这意味着在断电发生时没有任何迹象。在电源下降到地之前，电源树应该有足够的反应时间来管理电源轨以正确的顺序下降，否则会发生错误的电源排序并可能导致可靠性问题。
电源管理集成电路 (PMIC) 能够满足严格的电源顺序。带有必要排序电路的 DC/DC 转换器是另一个灵活的选择。后一种解决方案可实现电路板布局的高度灵活性、低功耗模式下的高效率以及具有小电路板尺寸的成本优化物料清单 (BOM)。图 1 显示了一种使用带排序电路的 DC/DC 转换器的高效电源树解决方案。
图 1：五轨电源排序平台图
5V 输入电压轨被配置为每个设备的直流总线。在图 1 中，TI TLV62568 器件上的五个电压轨提供高效率，并且上电/断电顺序分为五个顺序。LM3881 通过提供三个开漏输出标志作为 DC/DC 转换器的信号来提供三阶，电源良好引脚提供一阶，TLV803 提供一阶。TLV803 是监控输入电压轨的监控器，这意味着它可以检测发生不受控制的断电时刻。
因为不受控制的断电是指意外移除电源时的情况，例如有人在没有先关闭设备电源的情况下将电源线从插座中拔出时，处理器不会参与该过程。在这种情况下，允许电源轨断电的反应时间取决于输入电容器的放电时间。在受控断电中，断电由处理器控制，通过将处理器的电源管理 I/O 连接到电源排序控制器的启用引脚来实现。图 2 显示了日常生活中的断电情况示例。
图 2：不受控制的断电与受控断电
在不受控的断电情况下，放电时间很短，可能会导致断电顺序失序。控制不受控制的断电最有效的方法是使用监控器监控输入电压并产生一个突然的标志，表明发生了断电。在适用于应用处理器的12mmx12mm、5轨电源排序参考设计中 ，监控器监控输入电压轨。当输入电压轨下降时，监控器的输出变低，从而禁用处理器内部的主振荡器，降低负载电流并增加放电时间。
图3所示为图1所示电源树在不受控断电情况下的测试结果，这是通过直接移除直流电源并将输入电容设置为220μF来实现的。
图 3：上电排序测试结果
图 3 展示了以正确顺序上电和以正确和相反顺序断电的不同电源轨的测试结果之一。要查看其他测试结果，请访问上述适用于应用处理器 的12mmx12mm、5轨电源排序参考设计中 。TLV803 监控输入电压。当检测到输入电压断电时，TLV803 的输出会立即到达低电平以关闭处理器中的主时钟，以减少电源负载并为其他电源轨提供足够的时间断电。
未来的微处理器需要鲁棒性强并整合了最先进技术和最高工艺的DC/DC电源管理解决方案。能居于领先地位的将是这样一些创新产品，即把基准功率硅片技术与高密度封装技术、尖端电路设计和先进IC整合为一个集成的、模块化的电源设计，并能随着微处理器的不断演变而升级、扩展。
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