I problemi di progettazione di un alimentatore multiplo si moltiplicano con ciascuna linea di alimentazione aggiuntiva. Il progettista deve considerare l’ambiente dinamico della temporizzazione e sequenziazione dell’alimentatore coordinate, generando la funzione power-on-reset, monitorando il sistema per rilevare guasti e rispondendo appropriatamente allo scopo di proteggerlo. Un progettista esperto sa che la flessibilità è fondamentale per gestire risultati positivi e negativi mentre il progetto passa dalla fase di prototipazione a quella di produzione. La soluzione ideale riduce al minimo il numero di modifiche hardware e software durante lo sviluppo. Lo strumento ideale per la progettazione di un alimentatore multiplo è un singolo circuito integrato che risiede nel progetto dall’inizio alla fine, non richiedendo alcuna modifica al cablaggio durante il ciclo di vita del prodotto. Gestisce e inserisce/disinserisce in sequenza più linee di alimentazione, autonomamente, cooperando con altri circuiti integrati per gestire in modo invisibile molti regolatori di potenza nel sistema, gestendo anche i guasti e i reset. Il progettista può ricorrere a un potente software basato su Pc per configurare e visualizzare il funzionamento del sistema ed eseguirne il debug, il tutto in tempo reale, quando il sistema è collegato a un bus I2C.
Sequenziatore ad alta precisione
Il dispositivo LTC2937 di Linear Technology risponde a questi requisiti. È un sequenziatore di tensione e supervisor a elevata precisione con Eeprom, a sei canali, ciascuno dei quali ha due comparatori dedicati per monitorare con precisione condizioni di sovra e sottotensioni entro ±0,75%. Le soglie dei comparatori sono programmabili individualmente in un intervallo compreso fra 0,2 e 6 V con risoluzione di 8 bit. I comparatori sono veloci, con ritardi di propagazione pari a 10 μs. Ciascun canale del sequenziatore è dotato di un’uscita Enable che può controllare un regolatore esterno oppure il gate di un Fet passante. Tutti gli aspetti della tensione del supervisor e della temporizzazione del sequenziatore sono configurabili indipendentemente, compresi l’ordine della sequenza in salita e in discesa, i parametri di temporizzazione della sequenza e la risposta ai guasti. La Eeprom incorporata rende il dispositivo completamente autonomo e in grado di accendersi nel corretto stato per controllare il sistema. Inoltre, più LTC2937 possono cooperare per sequenziare autonomamente fino a 300 alimentatori in un sistema, il tutto mediante un bus di trasmissione dati a singolo cavo. I guasti dell’alimentatore sono controllabili, visibili e gestibili sia attraverso le risposte ai guasti, autonome, dell’LTC2937 sia tramite registri di debug. L’LTC2937 rileva automaticamente condizioni di guasto e può arrestare il sistema in modo coordinato. Può rimanere disinserito o tentare di ricreare la sequenza degli alimentatori dopo il guasto. In un sistema con un microcontrollore e un I2C/SMBus, l’LTC2937 fornisce informazioni dettagliate riguardanti il tipo e la causa del guasto, nonché lo stato del sistema. Il microcontrollore può prendere decisioni concernenti la modalità di risposta o consentire all’LTC2937 di rispondere autonomamente.
Tre fasi della regolazione di un alimentatore
Il ciclo di un alimentatore è suddiviso in tre fasi: inserimento in sequenza, monitoraggio e disinserimento in sequenza. La Fig. 2 mostra queste fasi per un sistema tipico. Durante l’inserimento in sequenza, ciascun alimentatore deve attendere il suo turno e quindi accendersi alla corretta tensione in un periodo di tempo specificato. Durante la fase di monitoraggio, ciascun alimentatore deve rimanere entro limiti specificati di sovra e sottotensione. Durante il disinserimento in sequenza, ciascun alimentatore deve attendere il suo turno, quindi spegnersi entro un limite di tempo configurato. In qualsiasi momento può verificarsi un errore, che causa un guasto al sistema. Il problema a cui deve far fronte il progettista è come creare un sistema in cui tutte queste fasi, e tutte le variabili, siano configurabili facilmente ma controllate con attenzione. L’inserimento in sequenza inizia quando l’ingresso On passa al livello alto. Il dispositivo LTC2937 esegue l’inserimento in sequenza, inserendo un alimentatore dopo l’altro e monitorandolo per assicurarsi che la tensione di alimentazione aumenti oltre la soglia configurata prima del tempo configurato. Ogni alimentatore che non soddisfi il tempo specificato genera un errore di sequenziazione. Un vantaggio esclusivo dell’LTC2937 è il clock della posizione nella sequenza. Ciascun canale viene assegnato a una posizione nella sequenza e riceve il suo segnale Enable quando il conteggio eseguito dall’LTC2937 raggiunge il numero specificato nella sequenza. Un canale con posizione nella sequenza pari a 1 viene sempre inserito prima di un canale con posizione nella sequenza pari a 2. Se la specifica di un sistema cambia, richiedendo che questi due canali siano sequenziati secondo un ordine diverso, le posizioni nella sequenza possono essere scambiate, per cui il secondo canale viene inserito secondo la posizione nella sequenza pari a 1, mentre il primo viene inserito secondo la posizione 2. Più LTC2937 possono condividere informazioni sulla posizione nella sequenza, così che la posizione nella sequenza N si verifica simultaneamente per tutti i chip LTC2937 e canali controllati da chip diversi possono partecipare alla stessa sequenza (Fig. 3). La fase di monitoraggio inizia quando l’ultimo canale della sequenza si inserisce e supera la propria soglia di sottotensione. Durante il monitoraggio, l’LTC2937 utilizza i suoi comparatori a elevata precisione per monitorare continuamente la tensione a ciascun ingresso per prevenire il superamento di soglie di sovra- e sottotensione. Ignora glitch di minore entità sugli ingressi, intervenendo solo se la tensione supera la soglia con ampiezza sufficiente per un tempo sufficiente. Quando l’LTC2937 rileva un guasto, risponde subito in base alla risposta ai guasti configurata del supervisor. In uno scenario tipico, spegne tutti gli alimentatori simultaneamente, stabilendo un Reset sul sistema, quindi cerca di rieseguire l’inserimento in sequenza secondo la normale sequenza di avvio. Ciò impedisce che gli alimentatori alimentino parti del sistema mentre altre non sono alimentare oppure eseguendo un ripristino non coordinato dopo il guasto. Più LTC2937 in un sistema possono condividere uno stato di guasto e rispondere l’uno ai guasti dell’altro, mantenendo coerenza completa tra canali in cooperazione durante il ripristino da guasto. Il dispositivo LTC2937 offre numerose risposte programmabili ai guasti per soddisfare molte configurazioni differenti del sistema. La fase di disinserimento in sequenza inizia quando l’ingresso On passa al livello basso. Il clock della posizione nella sequenza inizia di nuovo il conteggio per disinserire gli alimentatori, ma tutti i parametri del disinserimento in sequenza sono indipendenti da quelli dell’inserimento in sequenza. I canali possono disinserirsi in sequenza in qualsiasi ordine e più chip LTC2937 coordinano la sequenziazione di tutti gli alimentatori controllati. Durante il disinserimento in sequenza, ciascun alimentatore deve scendere sotto la sua soglia di scarica entro il limite di tempo configurato o genererà un guasto di sequenziazione. Il dispositivo LTC2937 può portare a livello basso l’alimentatore mediante un generatore di corrente opzionale, per scaricare attivamente alimentatori lenti. Il clock della posizione nella sequenza mantiene l’ordine della sequenza basata sugli eventi: ciascun evento deve attendere eventi precedenti prima di poter continuare. Il dispositivo LTC2937 consente inoltre la sequenziazione basata sul tempo e può partecipare in sistemi che inseriscono linee di alimentazione a istanti predeterminati. I registri riconfigurabili funzionano in modalità basata sul tempo o sull’evento.
