Мониторинг питания, отключение и сброс в одной ASIC

Контроль напряжения/тока, инициирование отключения удалённых нагрузок и определение подходящих условий сброса — всё это звучит как непростая задача для любой системы питания. Многие разработчики, вероятно, подключили бы АЦП, дискретную схему на операционном усилителе или инструментальном усилителе с несколькими компараторами и микроконтроллером, а вся логика была бы реализована в прошивке. Это означает, что вам придётся создавать встроенное приложение и писать драйверы для периферии — в дополнение к проектированию, моделированию и лабораторной отладке аппаратной части.

Более удачный вариант — объединить все эти функции в одной ASIC. Обычно программируемая логика работает только с цифровой частью задачи, но мониторинг питания и системный сброс также требуют контроля аналоговых сигналов. Лучший вариант — смешанная обработка сигналов в программируемой ASIC, такой как GreenPAK. Вот почему стоит рассмотреть GreenPAK как решение для объединения этих функций в компактной программируемой ASIC.

Функциональность мониторинга питания

Дискретный контроль напряжения обычно начинается с резистивного делителя, масштабированного так, чтобы привести напряжение шины в диапазон входа компаратора или АЦП, после чего ставится RC-фильтр для подавления коммутационного шума преобразователя. Контроль тока обычно реализуется с помощью низкобокового или высокобокового шунта, а усиление обеспечивает усилитель измерения тока или инструментальный усилитель, поскольку напряжение на шунте при разумной рассеиваемой мощности составляет десятки милливольт. Затем оба сигнала требуют дополнительной обработки: усиления, подстройки смещения, фильтрации и защиты от переходных процессов в контролируемом узле.

Измеренное аналоговое значение становится полезным только после преобразования в логическое состояние. Это можно сделать с помощью компаратора и фиксированного или программируемого опорного напряжения, получая однобитный сигнал состояния перенапряжения, пониженного напряжения или перегрузки по току, при этом гистерезис предотвращает переключения из-за шума вблизи порога. АЦП формирует цифровое значение, которое прошивка сравнивает с порогом, но это добавляет задержку преобразования и требует выполнения в прошивке. Для логики защиты пороговое сравнение на основе компаратора работает быстрее и не зависит от исполнения кода.

Для реализации такого порогового контроля на программируемом смешанном устройстве требуются:

• Аналоговые компараторы с программируемым гистерезисом
• Внутреннее программируемое опорное напряжение или ЦАП для задания порогов
• Аналоговые входные выводы с возможностью подключения делителя или буфера
• Таблицы поиска для объединения нескольких флагов в одно условие ошибки

Функциональность отключения системы

Как только неисправность обнаружена, блок отключения должен отреагировать на этот логический выход. В консолидированном решении логика отключения располагается непосредственно после компараторов мониторинга и управляет выводами разрешения регуляторов, драйверами затворов FET и/или линией ошибки, возвращаемой хост-процессору. Выход компаратора, направленный через комбинационную логику на выходной вывод, может отключить преобразователь значительно менее чем за микросекунду, чего достаточно для защиты MOSFET во время события короткого замыкания.

В силовой электронике отключение редко сводится к простому переключению одного выхода, поскольку нагрузки обычно нужно отключать в порядке, обратном последовательности включения питания. Для этого требуются последовательные выходы с независимыми задержками, а также защёлка, чтобы кратковременная неисправность не позволила системе самопроизвольно перезапуститься.

Цифровые функции, необходимые для реализации логики отключения:

• Таблицы поиска для объединения условий ошибки и разрешения
• Блоки задержки и одновибраторы для секвенирования и подавления пускового броска тока
• SR-защёлки для удержания состояния ошибки до преднамеренного сброса
• Счётчики для задания задержек между проверками неисправностей
• Выходы с открытым стоком или двухтактные выходы, способные управлять выводами разрешения и затвора

Функциональность системного сброса

Логика в блоке сброса отслеживает две вещи: компаратор контроля тока (или напряжения), показывающий, что мощность нагрузки снизилась почти до нуля, и логический индикатор от секвенсора отключения, подтверждающий, что все этапы последовательности отключения завершены. Только если оба условия сохраняются в течение заданного времени выдержки, должна запускаться последовательность сброса. Добавление таймера задержки между состоянием обнаружения нулевого тока и выходом сброса даёт шинам питания время полностью разрядиться.

Цифровые функции, необходимые для реализации логики сброса:

• Таблицы поиска для логической операции И между флагом нулевого тока и индикатором завершения отключения
• Блоки задержки или счётчики для периода выдержки разряда
• Детекторы фронта и генераторы импульсов для формирования импульса сброса заданной длительности
• Путь сброса защёлки, управляемый либо блоком сброса, либо внешней командой
• Схема сброса при включении питания, чтобы само устройство запускалось в известном состоянии

Создайте пользовательскую ASIC с GreenPAK

GreenPAK от Renesas — это семейство программируемых микросхем смешанных сигналов, объединяющих аналоговые компараторы, опорные источники, блоки задержки и счётчиков, защёлки и настраиваемые таблицы поиска на одном небольшом кристалле; всё это конфигурируется в бесплатном графическом инструменте проектирования, а не в прошивке. Хорошо документированные эталонные проекты охватывают приложения последовательного включения питания, мониторинга и сброса, поэтому большую часть этой логики можно адаптировать, а не создавать с нуля.

Инструменты разработчика Renesas GreenPAK дают проектировщикам возможность создавать полностью пользовательские цифровые, аналоговые или смешанные ИС. Эти программируемые процессоры смешанных сигналов позволяют объединять функции, обычно встречающиеся в схемах управления тактированием и сигналами, что помогает создавать более компактные и эффективные системы. Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с компонентами GreenPAK и эталонными примерами.

Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с компонентами GreenPAK и эталонными примерами.

• Подробнее о компонентах GreenPAK
• Посмотреть решения GreenPAK для микросхем сброса

Независимо от того, нужно ли вам создавать надёжную силовую электронику или современные цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и CAD-инструменты мирового класса, предлагаемые Altium, для реализации ваших решений на базе GreenPAK. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных изделий, включающую лучшие в отрасли инструменты проектирования PCB и средства междисциплинарного взаимодействия для передовых команд разработчиков. Свяжитесь со специалистом Altium уже сегодня!