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電源跟蹤技術(shù)
引言
---當(dāng)今的大多數(shù)電子產(chǎn)品（從手持式消費(fèi)電子設(shè)備到龐大的電信系統(tǒng)）都需要使用多個(gè)電源電壓。電源電壓數(shù)目的增加帶來了一項(xiàng)設(shè)計(jì)難題，即需要對(duì)電源的相對(duì)上電和斷電特性進(jìn)行控制，以消除數(shù)字系統(tǒng)遭受損壞或發(fā)生閉鎖的可能性。
---微處理器、FPGA和ASIC在上電和斷電期間通常要求內(nèi)核與I/O電壓之間具有某種特定的關(guān)系，而這種關(guān)系在實(shí)際操作中是很難控制的，尤其是當(dāng)電源的數(shù)目較多的時(shí)候。當(dāng)不同類型的電源（模塊、開關(guān)穩(wěn)壓器和負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器）混合使用時(shí)，該問題會(huì)進(jìn)一步復(fù)雜化。最簡(jiǎn)單的解決方案就是將電源按序排列，但是，在某些場(chǎng)合，這種做法是不足夠的。一種更受青睞而且往往是強(qiáng)制性的解決方案是使各個(gè)電源在上電和斷電期間彼此跟蹤。
電源排序
---簡(jiǎn)單地按某種預(yù)先確定的順序來接通或關(guān)斷電源的做法一般被稱為“排序”。排序通常能夠通過采用電源監(jiān)控器或簡(jiǎn)單的數(shù)字邏輯電路來控制電源的接通/關(guān)斷（或RUN/SS）引腳而得以實(shí)現(xiàn)。圖1a和1b示出了采用一個(gè)LTC2902四通道電源監(jiān)控器來對(duì)4個(gè)電源進(jìn)行排序的情形。
---不幸的是，單靠排序有時(shí)是不夠的。許多數(shù)字IC都在其I/O和內(nèi)核電源之間規(guī)定了一個(gè)最大電壓差，一旦它被超過則IC將會(huì)受損。在這些場(chǎng)合，對(duì)應(yīng)的解決方案是使電源電壓彼此跟蹤。
電源跟蹤
---排序只是簡(jiǎn)單地規(guī)定了電源斜坡上升或斜坡下降的順序，并且假定每個(gè)電源都在下一個(gè)電源開始變化之前轉(zhuǎn)換。電源跟蹤可確保電源之間的關(guān)系在整個(gè)上電和斷電過程中都是可以預(yù)測(cè)。
---圖2示出了三種不同的電源跟蹤形式。最常見是重合跟蹤（見圖2a），此時(shí)，各電壓在達(dá)到其調(diào)節(jié)值之前是相等的。當(dāng)采用偏移跟蹤時(shí)（見圖2b），各電壓以相同的速率斜坡上升，但被預(yù)先設(shè)定的電壓偏移或延時(shí)所分離。最后，當(dāng)采用比例制跟蹤時(shí)（見圖2c），各電壓同時(shí)開始斜坡上升，但速率不同。
---實(shí)際上，隨著設(shè)計(jì)精細(xì)等級(jí)的不斷提升，能夠使各電源相互跟蹤。三種最常見的方法是（1）在電源之間采用鉗位二極管；（2）布設(shè)與輸出端串聯(lián)的MOSFET；（3）利用反饋網(wǎng)絡(luò)來控制輸出。
---如欲將各電源之間的電壓差保持在一個(gè)或兩個(gè)二極管壓降之內(nèi)，則可在電源軌之間采用鉗位二極管或晶體管，這種解決方案雖然粗暴，但卻簡(jiǎn)單（見圖3）。在低電流條件下，該技術(shù)會(huì)是有效的，然而在高電流水平時(shí)，采用這種方法的后果則可能是災(zāi)難性。同步開關(guān)電源能夠供應(yīng)和吸收大量的電流。如果電壓較高的電源斜坡上升速率高于電壓較低的電源，則二極管或FET將接通，以便對(duì)電壓較低的電源進(jìn)行上拉操作。電壓較低的電源將因此而吸收較多的電流，從而會(huì)有巨大的電流流過。這有可能導(dǎo)致電源超過容許的電壓差，甚至引發(fā)器件故障。完全依靠二極管或FET鉗位來實(shí)現(xiàn)跟蹤功能并非最佳的解決方案。
---另一種跟蹤解決方案是在電源的輸出端與負(fù)載之間布設(shè)串聯(lián)MOSFET。在圖4中，一個(gè)LTC2921跟蹤三個(gè)電源。當(dāng)首次施加電源時(shí)，MOSFET被關(guān)斷且電源被允許以其自然速率斜坡上升。當(dāng)電壓穩(wěn)定下來之后，MOSFET被同時(shí)接通，使得負(fù)載上的電壓相互跟蹤。這種技術(shù)需要用于驅(qū)動(dòng)MOSFET和監(jiān)視電源電壓的電路，而且，當(dāng)電流水平上升時(shí)，MOSFET中的壓降和功耗便成為了一個(gè)問題。此外，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還因?yàn)槊總�(gè)電源上的負(fù)載電容和負(fù)載電流可能有所不同的緣故，而使得電壓的同步斜坡下降比較難以實(shí)現(xiàn)。
設(shè)計(jì)實(shí)例
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