引言
在ATCA構(gòu)架中，每個(gè)Carrier Blade設(shè)備都包括多達(dá)8個(gè)AMC模塊，而這些模塊均需熱插拔保護(hù)。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(fù)載電源。
為幫助設(shè)計(jì)人員滿足這些要求，TI設(shè)計(jì)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(hù)和監(jiān)控電路。該控制器全面集成了管理電源浪涌控制、過流保護(hù)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(fù)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(yīng)用的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖，兩個(gè)通道由同一個(gè)電源供電。也可使用獨(dú)立電源為這兩個(gè)通道供電。
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(gè)通道使用三個(gè)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(gè)通道使用一個(gè)外部電阻，以滿足195mA±15%的規(guī)范。
高精度電流限制
圖2所示為該控制器的有效負(fù)載電流限制電路的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖。放大器A1通過檢測(cè)電阻器兩端的電壓來監(jiān)控負(fù)載電流ILOAD。管理電源通道采用類似的電路，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(cè)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(dāng)SUMA引腳上的電壓超過675mV時(shí)，放大器A2開始從PASSA吸收電流。導(dǎo)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(shè)置MicroTCA規(guī)范所要求的8.25A電流限制，選擇RSET=417Ω。最新的EIA標(biāo)準(zhǔn)1%電阻為422Ω。該電阻使系統(tǒng)可以為一個(gè)80W AMC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)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)開啟。如果一個(gè)通道處于電流限制狀態(tài)時(shí)間過長(zhǎng)且默認(rèn)定時(shí)器超時(shí)，該通道會(huì)將導(dǎo)通的FET關(guān)閉并報(bào)告錯(cuò)誤狀態(tài)。管理通道集成了過溫關(guān)斷(OTSD)特性。如果內(nèi)部導(dǎo)通電阻附近的裸片溫度超過了大約140℃，管理通道保持在電流限制狀態(tài)的時(shí)間足夠長(zhǎng)，OTSD特性會(huì)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(huì)關(guān)閉。這一特性避免了故障時(shí)間過長(zhǎng)而對(duì)內(nèi)部導(dǎo)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(yīng)時(shí)間。諸如短路負(fù)載之類的嚴(yán)重故障要求有快速的響應(yīng)以避免對(duì)導(dǎo)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(dāng)輸出-輸入差動(dòng)電壓超過3mV時(shí)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)需要一個(gè)微控制器來獨(dú)立限制每一個(gè)電源的電流。負(fù)載所吸收的電流不能超過各個(gè)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(gè)固定值。在一個(gè)多重轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中去除或插入電源均不會(huì)影響負(fù)載的電流限制。該技術(shù)不需要微控制器，從而與上述MicroTCA標(biāo)準(zhǔn)中所描述的冗余方法相比顯得更簡(jiǎn)單和快速。這對(duì)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(gè)頗具吸引力的方法。
為實(shí)施多重轉(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)到地之間綁定一個(gè)電阻RSUM。與MicroTCA冗余結(jié)構(gòu)不同(在結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的背板上。圖3所示為有效負(fù)載電源使用多重轉(zhuǎn)換功能的一種應(yīng)用。現(xiàn)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(fù)載電源通道上實(shí)施多重轉(zhuǎn)換冗余時(shí)，所有通道必須都采用相同的RSENSE和RSET值。
結(jié)語
ATCA是第一個(gè)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)人員所面臨的電源管理挑戰(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)雜的狀態(tài)監(jiān)控。