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引言 高級電信計算架構(ATCA)標準提供了一種設計電信設備的模塊化方法。該行業(yè)標準的采用不但加速了產(chǎn)品設計而且簡(jiǎn)化了現場(chǎng)升級。 在A(yíng)TCA構架中，每個(gè)Carrier Blade設備都包括多達8個(gè)AMC模塊，而這些模塊均需熱插拔保護。載波板為每個(gè)AMC模塊提供了兩個(gè)主要電源：一個(gè)3.3V管理電源以及一個(gè)12V有效負載電源。 為幫助設計人員滿(mǎn)足這些要求，TI設計了一款全功能雙插槽AMC控制器TPS2359，以提供支持兩個(gè)AMC模塊所必須的所有保護和監控電路。該控制器全面集成了管理電源浪涌控制、過(guò)流保護以及FET ORing功能。添加兩個(gè)外部電源晶體管可為每一個(gè)有效負載電源通道提供所有這些相同的功能。圖1所示為雙通道AMC應用的簡(jiǎn)化結構圖，兩個(gè)通道由同一個(gè)電源供電。也可使用獨立電源為這兩個(gè)通道供電。 
該獨特的控制器集成了有效負載電源和管理電源通道的精確的電流限制功能。有效負載電源電流限制的每個(gè)通道使用三個(gè)外部電阻，以滿(mǎn)足8.25A±10% ATCA規范。管理電源電流限制的每個(gè)通道使用一個(gè)外部電阻，以滿(mǎn)足195mA±15%的規范。 高精度電流限制 圖2所示為該控制器的有效負載電流限制電路的簡(jiǎn)化結構圖。放大器A1通過(guò)檢測電阻器兩端的電壓來(lái)監控負載電流ILOAD。管理電源通道采用類(lèi)似的電路，不同的是集成了電阻器RSENSE和RSET。 電流限制電路包括放大器A1和A2。放大器A1使外部電阻器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(shí)也會(huì )流經(jīng)外部電阻器RSUM，從而在SUMA引腳上生成了一個(gè)如下式所示的電壓：
放大器A2會(huì )檢測SUMA引腳上的電壓。只要該電壓保持在675mV以下，放大器就向PASSA提供30μA的電流。當SUMA引腳上的電壓超過(guò)675mV時(shí)，放大器A2開(kāi)始從PASSA吸收電流。導通FET MPASS的柵-源電壓會(huì )不斷下降，直到放大器A2兩個(gè)輸入端上的電壓平衡為止，此時(shí)流經(jīng)該通道的電流為：
取RSENSE=5mΩ和RSUM=6810Ω的典型值，則得出： ILIMIT = (0.0198A/W)◊RSET 為設置MicroTCA規范所要求的8.25A電流限制，選擇RSET=417Ω。最新的EIA標準1%電阻為422Ω。該電阻使系統可以為一個(gè)80W AMC模塊供電。 有效負載和管理通道都有其自己的可編程默認定時(shí)器。只要各自的通道進(jìn)入電流限制，這些定時(shí)器就會(huì )開(kāi)啟。如果一個(gè)通道處于電流限制狀態(tài)時(shí)間過(guò)長(cháng)且默認定時(shí)器超時(shí)，該通道會(huì )將導通的FET關(guān)閉并報告錯誤狀態(tài)。管理通道集成了過(guò)溫關(guān)斷(OTSD)特性。如果內部導通電阻附近的裸片溫度超過(guò)了大約140℃，管理通道保持在電流限制狀態(tài)的時(shí)間足夠長(cháng)，OTSD特性會(huì )發(fā)生跳變。一旦出現這種情況，運行在電流限制狀態(tài)的管理通道就會(huì )關(guān)閉。這一特性避免了故障時(shí)間過(guò)長(cháng)而對內部導通晶體管造成的損壞。
電流限制反饋環(huán)路具有特定的響應時(shí)間。諸如短路負載之類(lèi)的嚴重故障要求有快速的響應以避免對導通FET的損壞或電壓軌電壓驟降。TPS2359包括了一個(gè)快速跳變比較器，該比較器會(huì )在這些條件下關(guān)閉該通道(盡管在本文中未談及這一問(wèn)題)。此外，該控制器還支持更多阻斷FET的ORing功能。這一特性可阻斷當輸出-輸入差動(dòng)電壓超過(guò)3mV時(shí)的反向傳導。 多重轉換冗余 ATCA系統通常都要求冗余并行電源。MicroTCA規范倡導了一種冗余技術(shù)，該技術(shù)需要一個(gè)微控制器來(lái)獨立限制每一個(gè)電源的電流。負載所吸收的電流不能超過(guò)各個(gè)電源電流限制之和。 一種可用的替代運行模式是多重轉換冗余。無(wú)論工作電源的數量如何，其都可以將負載電流限制在一個(gè)固定值。在一個(gè)多重轉換系統中去除或插入電源均不會(huì )影響負載的電流限制。該技術(shù)不需要微控制器，從而與上述MicroTCA標準中所描述的冗余方法相比顯得更簡(jiǎn)單和快速。這對于要求不必完全符合MicroTCA 電源模塊標準的AMC應用而言是一個(gè)頗具吸引力的方法。 為實(shí)施多重轉換冗余，將冗余通道的SUM引腳連接在一起，并在該節點(diǎn)到地之間綁定一個(gè)電阻RSUM。與MicroTCA冗余結構不同(在結構中每一個(gè)電源都有其自己的電阻RSUM)，RSUM需要駐留在多重轉換結構的背板上。圖3所示為有效負載電源使用多重轉換功能的一種應用�，F在，電流限制閾值將適用于冗余電源所提供的電流的總和。在有效負載電源通道上實(shí)施多重轉換冗余時(shí)，所有通道必須都采用相同的RSENSE和RSET值。
結語(yǔ) ATCA是第一個(gè)解決電信設備電源要求的開(kāi)放性標準。就ATCA而言，系統設計人員所面臨的電源管理挑戰包括有限的電流限制、高可用性冗余電源、熱插拔要求、故障保護以及復雜的狀態(tài)監控。在TPS2359以緊湊的36引腳QFN封裝實(shí)現了高精度電流限制電路、獨特的多重轉換特性以及所有必要的保護和監控電路的整合后，這些問(wèn)題都迎刃而解。 參考文獻 1. J.Bird.U.S.專(zhuān)利申請號20071088198.2006年 2. PICMGAdvancedMezzanineCard標準AMC.0R2.0.2006年 作者：德州儀器 (TI) Roger Chan, Alan Hastings |
