引言

高級電信計(jì)算架構(gòu)(ATCA)標(biāo)準(zhǔn)供應(yīng)了一種設(shè)計(jì)電信設(shè)備的模塊化方法。該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的采用不但加速了產(chǎn)品設(shè)計(jì)而且還簡化了現(xiàn)場升級。在ATCA構(gòu)架中，每一個CarrierBlade設(shè)備都要包括多達(dá)8個AMC模塊，而這些模塊均要熱插拔保護(hù)。載波板為每個AMC模塊供應(yīng)了兩個重要電源：一個3.3V管理電源以及一個12V有效負(fù)載電源。為了幫助設(shè)計(jì)人員滿足這些要求，我們設(shè)計(jì)了一款全功能雙插槽AdvancedMC™控制器TpS2359，以供應(yīng)支持兩個AMC模塊所必須的所有保護(hù)和監(jiān)控電路。該控制器全面集成了管理電源浪涌控制、過電流保護(hù)以及FETORing功能。添加兩個外部電源晶體管可為每一個有效負(fù)載電源通道供應(yīng)所有這些相同的功能。圖1顯示了雙通道AMC應(yīng)用的簡化結(jié)構(gòu)圖，兩個通道均由同一個電源供電。也可使用獨(dú)立的電源為這兩個通道供電。

圖1利用TpS2359雙通道控制器為兩個AdvancedMC供電的應(yīng)用的簡化結(jié)構(gòu)圖該獨(dú)特的控制器集成了有效負(fù)載電源和管理電源通道的精確的電流限制功能。有效負(fù)載電源電流限制的每個通道使用三個外部電阻，以滿足8.25A+/–10%ATCA規(guī)范。管理電源電流限制的每個通道使用一個外部電阻，以滿足195mA+/–15%的規(guī)范。

高精度電流限制

圖2顯示了該控制器的有效負(fù)載電流限制電路的簡化結(jié)構(gòu)圖。放大器A1通過感應(yīng)檢測電阻器兩端的電壓來監(jiān)控負(fù)載電流ILOAD。管理電源通道使用了相類似的電路，所不同的是集成了電阻器RSENSE和RSET。

圖2有效負(fù)載電源電流限制電路示意圖電流限制電路包括兩個放大器：A1和A2。放大器A1使得外部電阻器RSET兩端的電壓與外部電阻器RSENSE兩端的電壓相等。流經(jīng)RSET的電流同時也會流經(jīng)外部電阻器RSUM，從而就在SUMA引腳上生成了一個如下式所示的電壓：

放大器A2會檢測SUMA引腳上的電壓。只要該電壓保持在675mV以下，放大器就會向pASSA供應(yīng)30µA的電流。當(dāng)SUMA引腳上的電壓超過675mV時，放大器A2就開始從pASSA吸收電流。導(dǎo)通FETMpASS的柵—源電壓會一直下降，直到放大器A2的兩個輸入端上的電壓平衡為止，則流經(jīng)該通道的電流就等于：

為了設(shè)置一個MicroTCA™規(guī)范所要求的8.25A電流限制，選擇RSET=417。最新的EIA標(biāo)準(zhǔn)1%電阻器為422。該電阻器使得系統(tǒng)可以為一個80WAMC模塊供電。有效負(fù)載和管理通道都有其自己的可編程默認(rèn)按時器。只要各自的通道進(jìn)入電流限制，則這些按時器就會開啟。假如一個通道處于電流限制狀態(tài)時間過長且默認(rèn)按時器超時，該通道就會將導(dǎo)通FET關(guān)閉并報告錯誤狀態(tài)。管理通道集成了一個過溫過溫關(guān)斷(OTSD)特性。假如由于內(nèi)部導(dǎo)通電阻附近的裸片溫度超過了大約140C管理通道保持在電流限制狀態(tài)的時間足夠長，那么OTSD特性就會發(fā)生跳變。一旦出現(xiàn)這種情況，運(yùn)行在電流限制狀態(tài)的管理通道就會關(guān)閉。這一特性防止了時間過長的故障對內(nèi)部導(dǎo)通晶體管的損壞。電流限制反饋環(huán)路具有特定的響應(yīng)時間。諸如短路負(fù)載之類的嚴(yán)重故障要求有一個快速的響應(yīng)以防止對導(dǎo)通FET的損壞或電壓軌電壓驟降。TpS2359包括了一個快速跳變比較器，該比較器會在這些條件下關(guān)閉該通道(盡管在本文中未談及這一問題)。此外，該控制器還支持使用了一個更多阻斷FET的ORing功能。這一特性可以阻斷當(dāng)輸出—輸入差動電壓超過3mV時的反向傳導(dǎo)。多重轉(zhuǎn)換冗余

ATCA系統(tǒng)通常都要求冗余并行電源。MicroTCA規(guī)范倡導(dǎo)了一種冗余技術(shù)，該技術(shù)要一個微控制器來獨(dú)立限制每一個電源的電流。負(fù)載所吸引的電流不能超過各個電源電流限制之和。一種可用的替代運(yùn)行模式是多重轉(zhuǎn)換冗余。無論工作電源的數(shù)量如何，其都可以將負(fù)載電流限制在一個固定值。在一個多重轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中去除或插入電源均不會影響負(fù)載的電流限制。該技術(shù)不要微控制器，從而使得與上述MicroTCA標(biāo)準(zhǔn)中所描述的冗余方法相比顯得更簡單和快速。這關(guān)于要求不必完全符合MicroTCA電源模塊標(biāo)準(zhǔn)的AMC應(yīng)用而言是一個頗具吸引力的方法。

圖3有效負(fù)載電源電流限制使用多重轉(zhuǎn)換功能的應(yīng)用為了執(zhí)行多重轉(zhuǎn)換冗余，將冗余通道的SUM引腳連接在一起，并在該節(jié)點(diǎn)到接地之間綁定一個RSUM電阻器。不像MicroTCA冗余結(jié)構(gòu)那樣(在結(jié)構(gòu)中每一個電源都有其自己的電阻器RSUM)，RSUM要駐留在多重轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的背板之上。圖3顯示了有效負(fù)載電源使用多重轉(zhuǎn)換功能的一種應(yīng)用?，F(xiàn)在，電流限制閾值將適用于冗余電源所供應(yīng)的電流的總和。在有效負(fù)載電源通道上執(zhí)行多重轉(zhuǎn)換冗余時，所有通道必須都使相同的RSENSE和RSET值。

結(jié)論

ATCA是第一個解決電信設(shè)備電源要求的開放性標(biāo)準(zhǔn)。就ATCA而言，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員所面對的電源管理挑戰(zhàn)包括有限的電流限制、高可用性冗余電源、熱插拔要求、故障保護(hù)以及復(fù)雜性的狀態(tài)監(jiān)控。在TpS2359以緊湊的36引腳QFN封裝實(shí)現(xiàn)了高精度電流限制電路、獨(dú)特的多重轉(zhuǎn)換特性以及所有必要的保護(hù)和監(jiān)控電路的整合以后，這些問題都迎刃而解了。TpS2358具有所有相同的功能性，但占用了一個48引腳QFN封裝的面積，該封裝可支持使用外部控制和指示(而不是I2C™接口)的設(shè)計(jì)。