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作者：Sureena Gupta，全球模擬市場營銷部Sami Sirhan，模擬系統(tǒng)工程設(shè)計部 前言 最近很多采用 FPGA 或 ASIC 的終端設(shè)備應(yīng)用增加了對遙測技術(shù)的需求。對這一需求增長最高的主要市場領(lǐng)域是計算、通信、國防、航空電子以及工業(yè)市場。本文不僅將介紹何為遙測技術(shù)，而且還將討論幾種實施方案。 首先，什么是遙測技術(shù)？在本文中，遙測技術(shù)是指通過 PMBus、I2C 或 SPI 等數(shù)字接口進(jìn)行的數(shù)據(jù)測量、控制與自動發(fā)送。電源中為什么需要遙測技術(shù)？許多終端應(yīng)用都需要監(jiān)控、甚至動態(tài)控制電壓、電流、溫度、功率以及幾項其它器件參數(shù)。例如，在具有多相位電源的 FPGA 應(yīng)用中，遙測技術(shù)可用來增加或除去一個相位，以便調(diào)節(jié)相關(guān)解決方案實現(xiàn)最佳性能。其它典型應(yīng)用包括服務(wù)器、基站、路由器、國防應(yīng)用以及測量測試設(shè)備。 遙測技術(shù)怎么才能用于您的應(yīng)用呢？有幾種方法可將遙測技術(shù)整合在系統(tǒng)中，其可為設(shè)計人員提供幾個最大限度提高控制性、靈活性以及簡潔性的選項。數(shù)字電源控制器可提供的優(yōu)勢包括提供具有微控制器 (MCU) 的集成型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以及一個廣泛的寄存器集，其可用來采集和處理負(fù)責(zé)控制相關(guān)解決方案的傳感數(shù)據(jù)，從而可實現(xiàn)最高水平的控制。如果需要便捷控制基本特性，則集成 PMBus（或 I2C、SPI 等）的控制器就是您應(yīng)用的良好選擇。數(shù)字接口電源控制器的替代方案可能是能夠與分立模擬控制器及轉(zhuǎn)換器結(jié)合使用的數(shù)字定序器或系統(tǒng)健康監(jiān)控器。 選項 1：最高水平的控制 數(shù)字電源控制器 采用內(nèi)建高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的數(shù)字電源解決方案可幫助測量輸入輸出電壓電流，采集遙測數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)不僅可用于設(shè)置故障保護(hù)條件，而且還可記錄在非易失性存儲器中，有助于掌握故障原因。可整合在數(shù)字電源解決方案中的其它特性包括電壓跟蹤、裕度調(diào)節(jié)、排序、軟啟動定時、電流平衡以及加相／減相等。一般情況下，數(shù)字電源解決方案都配備有圖形用戶界面(GUI)，更便于最終用戶配置和跟蹤實時數(shù)據(jù)測量。圖1是一個數(shù)字電源解決方案實例。 
數(shù)字電源解決方案可針對可擴展性、數(shù)據(jù)實時監(jiān)控以及某故障條件結(jié)果設(shè)置提供極高控制性和靈活性。但是，這種解決方案存在一定的復(fù)雜性，而且成本較高。雖然其對于某些應(yīng)用而言是理想的解決方案，但是對其它應(yīng)用而言就有點過了。 選項 2：簡潔性集成遙測技術(shù)的 PMBus 轉(zhuǎn)換器 如果目的是實現(xiàn)比數(shù)字電源控制器更簡單的解決方案，則集成數(shù)字接口的模擬電源 IC 就是另外一種選項。雖然該選項可提供重要的遙測參數(shù)與控制，但缺乏數(shù)字電源控制器所能提供的各種控制功能。以下是這類解決方案通常用于儲存測量與系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)的幾種 PMBus 寄存器： · 輸出電壓裕度與調(diào)節(jié) · 軟啟動時間 · VDD 欠壓鎖定 (UVLO) 電平..過流保護(hù)／流限設(shè)置 · 開關(guān)頻率 這種解決方案與純數(shù)字電源解決方案相比，成本更低、更簡潔。然而不足之處是該解決方案不太靈活，因為寄存器集有限。 選項 3：靈活性外部數(shù)字系統(tǒng)健康監(jiān)控器 + 電流傳感器 + 溫度傳感器 在系統(tǒng)中增加遙測功能的另一種選項是添加數(shù)字系統(tǒng)健康監(jiān)控器、高精度電流傳感器以及溫度傳感器等外部 IC。這種選項可為使用業(yè)界任何電源管理 IC（帶不帶數(shù)字接口都行）提供高度的靈活性。此外，它還能夠與這些外部 IC 配對，提供遙測功能。 數(shù)字系統(tǒng)健康監(jiān)控器是提供電軌排序、裕度調(diào)節(jié)、UVLO、過壓保護(hù) (OVP) 及數(shù)字通信接口的 IC。它可采集和記錄用于實現(xiàn)故障條件控制及其它系統(tǒng)控制的數(shù)據(jù)。如果還需要監(jiān)控電流與溫度，系統(tǒng)健康控制器還能夠與電流傳感放大器及溫度傳感器聯(lián)合使用，如圖 2 所示。
要準(zhǔn)確感測電流，電流首先必須通過在電流路徑中安放小額度低容差傳感電阻器轉(zhuǎn)換成電壓。整個電阻器中的電壓隨后可通過 INA96 等電流分流監(jiān)控器 IC 放大。這種 IC 可提供帶來輸出電壓所必須的增益，該輸出電壓可發(fā)送至數(shù)字健康監(jiān)控器的 ADC 輸入端，然后再發(fā)送至相關(guān) FPGA。 有些應(yīng)用需要這種測量高精度，因此需要成本更高的外部高分辨率ADC。為了節(jié)省獨立ADC的成本，電源監(jiān)控IC（INA226）提供了集成型高精度ADC，其可監(jiān)控電壓與電流，計算功率并提供I2C遙測功能（圖3）。
溫度監(jiān)控是另一種與電流監(jiān)控類似的常見遙測應(yīng)用。數(shù)字定序器等一些IC在裸片上配合內(nèi)部溫度傳感器，以提供溫度監(jiān)控功能。但是，這會把溫度讀取限制在系統(tǒng)中的一個位置（裸片）上。要監(jiān)控系統(tǒng)中幾個點上的溫度，比如每個電源的位置，則可采用遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控IC把溫度轉(zhuǎn)換成電壓，并提供遙測接口。 結(jié)論 有很多方法可通過遙測技術(shù)測量和控制系統(tǒng)。本文先介紹三種在系統(tǒng)中集成遙測技術(shù)的選項。數(shù)字電源可提供最高水平的控制，而配備數(shù)字接口的模擬電源解決方案則可帶來高度的簡潔性。外部系統(tǒng)監(jiān)控器可在為解決方案選擇理想部件方面提供最高靈活性。 |
