Monitorowanie zasilania, wyłączanie i reset w jednym układzie ASIC

Monitorowanie napięcia/prądu, wyzwalanie wyłączeń zdalnych obciążeń oraz określanie odpowiednich warunków resetu brzmi jak duże wyzwanie dla dowolnego systemu zasilania. Wielu projektantów prawdopodobnie zastosowałoby przetwornik ADC, dyskretny układ ze wzmacniaczem operacyjnym lub wzmacniaczem instrumentalnym z kilkoma komparatorami oraz mikrokontroler, a cała logika zostałaby zaimplementowana w firmware. Oznacza to konieczność zbudowania aplikacji wbudowanej i napisania sterowników do peryferiów, a to wszystko oprócz projektowania, symulacji i testów sprzętu na stanowisku.

Lepszą opcją jest skonsolidowanie wszystkich tych funkcji w pojedynczym ASIC. Zwykle logika programowalna obsługuje jedynie cyfrową stronę zagadnienia, ale monitorowanie zasilania i reset systemu wymagają także monitorowania sygnałów analogowych. Lepszym rozwiązaniem jest przetwarzanie mieszanych sygnałów w programowalnym ASIC, takim jak GreenPAK. Oto dlaczego warto rozważyć GreenPAK jako rozwiązanie do konsolidacji tych funkcji w kompaktowym programowalnym układzie ASIC.

Funkcjonalność monitorowania zasilania

Dyskretne monitorowanie napięcia zwykle zaczyna się od dzielnika rezystancyjnego dobranego tak, aby sprowadzić napięcie szyny do zakresu wejściowego komparatora lub ADC, po czym stosuje się filtr RC w celu odrzucenia szumu przełączania z przetwornicy. Monitorowanie prądu to zazwyczaj bocznik po stronie niskiej lub wysokiej, ze wzmacniaczem pomiarowym prądu lub wzmacniaczem instrumentalnym zapewniającym wzmocnienie, ponieważ napięcia na boczniku przy rozsądnej mocy strat są rzędu dziesiątek miliwoltów. Oba sygnały wymagają następnie kondycjonowania: wzmocnienia, korekcji offsetu, filtrowania oraz ochrony przed stanami przejściowymi w monitorowanym węźle.

Zmierzona wartość analogowa staje się użyteczna dopiero po przekształceniu jej w stan logiczny. Można to zrealizować za pomocą komparatora i stałego lub programowalnego napięcia odniesienia, uzyskując jednobitową informację o przepięciu, zbyt niskim napięciu lub przetężeniu, przy czym histereza zapobiega przełączaniu pod wpływem szumu w pobliżu progu. ADC generuje wartość cyfrową, którą firmware porównuje z progiem, ale dodaje to opóźnienie konwersji i musi być realizowane w firmware. W logice zabezpieczeń progowanie oparte na komparatorze jest szybsze i nie zależy od wykonywania kodu.

Implementacja takiego progowania w programowalnym urządzeniu mixed-signal wymaga:

• Komparatorów analogowych z programowalną histerezą
• Wewnętrznego programowalnego źródła napięcia odniesienia lub DAC do ustawiania progów
• Analogowych pinów wejściowych z możliwością użycia dzielnika lub bufora
• Tablic look-up do łączenia wielu flag w jeden stan błędu

Funkcjonalność wyłączania systemu

Po wykryciu błędu blok wyłączania musi zareagować na to wyjście logiczne. W rozwiązaniu skonsolidowanym logika wyłączania znajduje się bezpośrednio za komparatorami monitorującymi i steruje pinami enable regulatorów, sterownikami bramek tranzystorów FET i/lub linią błędu zwrotną do procesora hosta. Wyjście komparatora przekierowane przez logikę kombinacyjną do pinu wyjściowego może wyłączyć przetwornicę w czasie znacznie krótszym niż mikrosekunda, co jest wystarczająco szybkie, aby chronić tranzystor MOSFET podczas zdarzenia zwarciowego.

W energoelektronice wyłączenie rzadko sprowadza się do pojedynczego przełączenia wyjścia, ponieważ obciążenia zwykle muszą być wyłączane w odwrotnej kolejności do sekwencji włączania. Wymaga to sekwencjonowanych wyjść z niezależnymi opóźnieniami oraz zatrzasku, aby przejściowy błąd nie pozwolił systemowi samoczynnie się uruchomić.

Funkcje cyfrowe potrzebne do implementacji logiki wyłączania:

• Tablice look-up do łączenia warunków błędu i włączenia
• Bloki opóźniające i generatory monostabilne do sekwencjonowania i maskowania prądu rozruchowego
• Zatrzaski SR do podtrzymania stanu błędu do momentu celowego skasowania
• Liczniki do ustawiania opóźnień między kontrolami błędów
• Wyjścia open-drain lub push-pull zdolne do sterowania pinami enable i bramkami

Funkcjonalność resetu systemu

Logika w bloku resetu obserwuje dwie rzeczy: komparator monitorowania prądu (lub napięcia), wskazujący, że moc obciążenia spadła niemal do zera, oraz wskaźnik logiczny z sekwencera wyłączania potwierdzający, że wszystkie etapy sekwencji wyłączania zostały zakończone. Dopiero gdy oba te warunki utrzymują się przez zdefiniowany czas podtrzymania, powinna rozpocząć się sekwencja resetu. Zastosowanie timera opóźniającego między stanem wykrycia zerowego prądu a wyjściem resetu daje szynom czas na pełne rozładowanie.

Funkcje cyfrowe potrzebne do implementacji logiki resetu:

• Tablice look-up do realizacji operacji AND między flagą zerowego prądu a wskaźnikiem zakończenia wyłączania
• Bloki opóźniające lub liczniki dla czasu podtrzymania rozładowania
• Detektory zbocza i generatory impulsów do wytworzenia impulsu resetu o zdefiniowanej szerokości
• Ścieżkę kasowania zatrzasku sterowaną przez blok resetu lub polecenie zewnętrzne
• Układ resetu przy włączeniu zasilania, aby samo urządzenie startowało w znanym stanie

Utwórz niestandardowy ASIC z GreenPAK

GreenPAK firmy Renesas to rodzina programowalnych układów scalonych mixed-signal, które łączą komparatory analogowe, źródła odniesienia, bloki opóźniające i licznikowe, zatrzaski oraz konfigurowalne tablice look-up na jednym małym rdzeniu krzemowym, a wszystko to konfigurowane w darmowym graficznym narzędziu projektowym, a nie w firmware. Dobrze udokumentowane projekty referencyjne obejmują aplikacje sekwencjonowania zasilania, monitorowania i resetu, dlatego większość tej logiki można zaadaptować zamiast budować od podstaw.

Narzędzia deweloperskie Renesas GreenPAK dają projektantom możliwość tworzenia w pełni niestandardowych cyfrowych, analogowych lub mieszanych układów scalonych. Te programowalne procesory mixed-signal pozwalają skonsolidować funkcje spotykane w układach zarządzania zegarem i sygnałami, umożliwiając tworzenie mniejszych i bardziej efektywnych systemów. Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z komponentami GreenPAK i przykładami referencyjnymi.

Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z komponentami GreenPAK i przykładami referencyjnymi.

• Dowiedz się więcej o komponentach GreenPAK
• Zobacz rozwiązania reset IC GreenPAK

Niezależnie od tego, czy potrzebujesz tworzyć niezawodną energoelektronikę, czy zaawansowane systemy cyfrowe, wykorzystaj kompletny zestaw funkcji projektowania PCB oraz światowej klasy narzędzia CAD oferowane przez Altium do wdrażania rozwiązań GreenPAK. Altium zapewnia najlepszą na świecie platformę do rozwoju produktów elektronicznych, obejmującą najlepsze w branży narzędzia do projektowania PCB oraz funkcje współpracy międzydyscyplinarnej dla zaawansowanych zespołów projektowych. Skontaktuj się z ekspertem Altium już dziś!