zilog應用工程副總裁 peyman hadizad
zilog資深應用工程師 suresh gm

下面將介紹一種基于 zilog 的強大 8 位 z8 encore xp! 微處理器的全新多電壓監(jiān)督和定序解決方案。該方案利用 z8 encore xp!強大的 ez8 核心，以及芯片集成模擬外圍設備的特定于應用程序的最優(yōu)化陣列。

復雜系統(tǒng)電源架構中的電源監(jiān)控和定序

目前，主板級電壓監(jiān)督功能的基本方法建立在上電復位 (por) ic 基礎之上，或者分別是模擬 ic、晶體管和無源設備的成套組合。這些解決方案可以監(jiān)控單個或多個電源總線架構。在基于 por ic 的解決方案中，在啟動過程（電源電壓斜線上升）中，一旦電源電壓超過預設的電壓閾值，就會啟動一個編程的時間延遲順序，隨后會保持 por 的輸出。這樣允許系統(tǒng)時鐘穩(wěn)定，并且啟動引導例程初始化，隨后是 cpu 加電。

多個 por 和電壓檢測器也可用于為電源定序。將監(jiān)控一個電壓調節(jié)器的 por 輸出連接到下一個穩(wěn)壓器的關閉管腳（即用雛菊鏈方式連接它們），這樣一旦超過 por 的時間延遲，就會啟動兩個穩(wěn)壓器的操作順序。隨著系統(tǒng)電源電壓數(shù)量的增加，電壓監(jiān)控器和監(jiān)控電源的監(jiān)督產品也成為必備條件。但是，因為需要10~15種電壓才能為一套復雜系統(tǒng)加電，因此通常需要幾種類似產品。

使用這種“多監(jiān)督產品”方法會造成一系列問題。 一個問題涉及查找?guī)в姓_閾值的設備。盡管存在一系列標準電壓，例如相應的 3.3v、2.5v、1.8v、1.5v 和 1.2v，但是在某些情況下還需要監(jiān)控非標準電壓。這需要外部電阻分配器設置監(jiān)控的閾值。如果系統(tǒng)電源電壓更改（例如，降低 asic 的核心電壓以減少功耗，或提高它以增強 asic 的性能），就必須更改電阻值以適合這些全新的電壓。獲得這種靈活性需要這些額外的外部電阻器，從而增加占用的主板空間和成本。此外，選擇正確的復位超時階段也會發(fā)生問題。當系統(tǒng)必須提供一個具體的加電順序時，多個監(jiān)督產品就會發(fā)生另一個問題。但更多數(shù)量的電源電壓為系統(tǒng)加電時，上文概述的雛菊鏈技術可能無法處理各種電源電壓的斜線上升所需的定時順序。此外，如果電壓定序要求在產品開發(fā)階段中發(fā)生改變，更改現(xiàn)有電路以適合這些改變會造成眾多的麻煩和問題。

當這些大型系統(tǒng)使用“silver box”或“brick”電源時，會發(fā)生一個額外的定序問題。這些電源簡化電源設計，但是在需要特定的加電順序時會造成一個問題。例如，一個提供多個輸出電壓的 brick 電源可能只有一個單獨的“啟用”管腳。因此，在該管腳的控制下，所有輸出電壓會同時打開和關閉。帶有多個“啟用”（或關閉）輸入的“brick”電源可以解決此問題。但是，如果多個 ic 共享相同的電源（例如一個 3.3v i/o 邏輯電源和一個 1.8v 核心電源），兩個 ic 的要求可能發(fā)生沖突。一個設備可能要求其核心電源在 i/o 電源之前供電，而第二個設備可能要求其電源以相反順序定序?？赏ㄟ^一個外部開關（例如 mosfet）解決此問題。對于低電能應用，可以使用一個 p 通道 mosfet，它通常比 n 通道 mosfet 昂貴，但是使用方法更簡單。一個 n 通道 mosfet 是更高電流應用的理想之選，因為其低電阻可以減少開關的電壓下降。一個 n 通道 mosfet 還可用于非常低的電壓核心。但是，要完全提高一個 n 通道 mosfet，足夠高的電源電壓必須可用以便向源電壓提供適當?shù)拈T電路。

z8 encore xp! 閃存 mcu 基于 zilog 的高級 ez8 8 位 cpu 核心，并且是電壓監(jiān)督和定序應用執(zhí)行的理想之選。其他目標最終應用包括家用器具（用戶接口和電機控制）、環(huán)境傳感器、電池充電和智能冷卻。設備的結構圖如圖 1 所示。在此設備中，優(yōu)化成套芯片集成模擬外圍設備可以為控制和保護最終設備實現(xiàn)簡單的設計和增強的功能，同時降低系統(tǒng)成本。

10 位模數(shù)轉換器 (adc) 可以為數(shù)據轉換最多提供八個單獨的結束/微分通道，并且可選擇 1x 或 20x 微分輸入擴大率。此外，對于精度更高的電流測量，會將一個集成芯片跨導倒數(shù)放大器集成到 adc 模塊中，因此不再需要一個額外的組件。

和多通道 adc 一起，設備的兩個增強16位計時器塊以 pwm 為特征，并且“捕獲”和“比較”功能可用于同時操作兩個負載，同時高電流 led 驅動輸出在啟動一個預先定義的事件時可用于觸發(fā) led，而不需要其他硬件。其他功能包括集成模擬比較器，“故障自動保險”振蕩器機制提供可靠的操作，一個芯片集成溫度傳感器以及高達 128b 的 nvds。

基于encore xp! 的多電壓監(jiān)督和定序器解決方案

基于 encore xp! 解決方案的硬件配置和示意圖分別顯示在圖 2 和圖 3 中。12v 輸入電源為交換式穩(wěn)壓器提供輸入電壓。執(zhí)行分別帶有 1.8v、3.3v 和 2 x 5.0v 的輸出電壓的四個交換式穩(wěn)壓器。在 mcu 電源電壓為 3.3v 時，5v 穩(wěn)壓器依次為四行、二十個字符的 lcd 顯示屏加電。

1.8v、3.3v 和 5.0v 交換式穩(wěn)壓器 的定序

因此切換的電壓穩(wěn)壓器之間的可 編程延遲

電力負載的熱交換塊從主電源提 取高啟動電流

12v 輸入電源電壓的可編程“開” 和“關”斜線上升

可編程電壓過高、電壓過低、電流 過高和溫度過高監(jiān)控，帶有關閉
功能

提供給全部四個穩(wěn)壓器的總電流 的監(jiān)控

使用芯片集成溫度傳感器的系統(tǒng) 溫度的監(jiān)控。通過參考系統(tǒng)溫度 和芯片溫度傳感器的校準實現(xiàn)

用于顯示和鍵盤控制器的 uart 接口，設置點編程和參數(shù)（電壓、電 流、溫度和順序）的顯示

lcd 顯示屏上電壓、溫度和開/關 順序的狀態(tài)顯示，見圖4、圖5

微控制器初始化 pwm 生成的計時器、uart（用于特殊通訊）、adc（用于電壓、電流和溫度測量）以及 i/o 管腳（用于穩(wěn)壓器的開/關切換）。最初，設備使用存儲在閃存中的默認設置。然后，它輪詢設置中的更新并將信息存儲在 nvds 內存中。

mcu 的兩個 pwm 輸出之一可以連接到“熱交換”塊中的 mosfet，因此使用 encore xp! 的 16 位 pwm 計時器可以精確控制啟動過程中和省電階段的電壓斜線上升率。pwm 頻率保持在 5 khz。此外，mcu 的四個 i/o 管腳配置為輸出管腳，并且分別連接到每個交換式穩(wěn)壓器的“啟動”輸入。

在八個模擬 adc 輸入通道中，兩個輸入用于“微分”模式，以測量傳感電阻的電壓。通過這種方式，可以精確監(jiān)控“總”電流。一系列其他 adc 輸入管腳用于交換式穩(wěn)壓器輸出電壓的連續(xù)測量。

在啟動階段開始時，pwm 輸出的工作循環(huán)根據用戶定義的斜線上升率提高，直到達到最終輸入電壓。在時間中的這一點，根據電壓穩(wěn)壓器的編程啟動順序，四個 mcu i/o 管腳的輸出電壓轉換為高狀態(tài)，在各自交換式穩(wěn)壓器上依次打開。在所有時間，穩(wěn)壓器的輸出電壓連續(xù)通過芯片 adc 監(jiān)控。如果出現(xiàn)電壓過高、電壓過低、電流過高或溫度過高故障，則連接到穩(wěn)壓器“啟用”管腳的微控制器 i/o 管腳將轉換為低狀態(tài) (~0v)，根據用戶編程的關閉順序將它們切換到“關”狀態(tài)。完成此階段后，“熱交換”電路的 pwm 工作循環(huán)逐漸降低，直到線路電壓下降為零。

總結

本文描述應用 zilog 最新的 encore xp! 8 位微控制器監(jiān)控、控制和定序多電壓電源分配架構。根據優(yōu)化的成套芯片集成數(shù)字和模擬外圍設備，此 mcu 是類似應用的理想之選。和目前的模擬解決方案相比，此方法提供各種編程監(jiān)控、定序和其他控制功能的集成，可節(jié)省大量成本和主板空間。