抽象的
处理器、FPGA、DSP 和其他器件具有多个电源轨，这些电源轨必须按正确的顺序和速率启动和关闭，以避免闩锁效应、功能异常甚至损坏。通常使用数字控制的负载点 DC-DC 转换器，通过固件或通信总线编程来为电源轨提供适当的时序和控制。本文将介绍常用的方案。.
文章
为处理器、FPGA、DSP、ASIC 和 DDR RAM 等集成电路供电并非易事。通常需要多条不同电压的电源轨，电压范围从 3.3V 到低于 1V。每条电源轨都必须在静态和动态负载变化和环境变化下保持稳定，并且能够承受从睡眠模式到活动模式再到睡眠模式的剧烈电流波动。此外，可能还需要主动控制电压，例如采用自适应电压调节等技术，根据处理器负载情况最大限度地降低功耗，或者通过预留裕量来测试功能极限。.
另一个需要考虑的因素是启动和关机时电压轨的上升和下降方式，包括时序、上升速率以及在启用/禁用命令后的延迟。如果处理不当，可能会出现各种潜在危险。一个简单的限制是浪涌电流；由于内部电容需要充电且逻辑电路需要稳定，集成电路通常会承受数倍于正常工作值的峰值电流。每个电压轨通常还带有数百微法的外部电容，用于在正常工作期间提供瞬态能量——但这些电容在启动时处于放电状态，会增加浪涌电流。如果所有电压轨同时上升，上游公共电源可能会因浪涌电流过载而进入限流模式，从而降低电压。此时，各个电压轨稳压器在启动时可能会出现电压骤降，导致上升过程不单调，从而阻止集成电路的正常启动。对电压轨进行时序控制可以将浪涌能量分散到一段时间内，从而降低上游电源的峰值需求。由于电源轨电压不受控制地上升，在三态缓冲器偏置稳定期间，也可能出现瞬时内部总线争用问题，这同样会阻碍正确的初始化。更隐蔽的问题是，当衬底或ESD保护二极管因时序错误而正向偏置时，可能会出现问题。如果2.5V电源轨电压在 图 1, 例如，如果 3.3V 电源轨之前出现预偏置，则静电放电保护二极管 D1 会向 3.3V 电源轨上的电容 C1 输送电流，这可能会损坏二极管。这种 3.3V 电源轨上的‘预偏置’也可能导致 3.3V 稳压器启动困难。即使时序正确，集成电路制造商通常也会设置最大和最小斜坡速率，以确保启动和关断时的电压正常工作。.
图 1：ESD 二极管在启动时提供一条‘隐蔽’电流路径
现代负载点 (PoL) 稳压器专门设计用于产生所需的轨电压，大多数最新型号都采用数字控制——使其既可以通过固件编程，也可以通过远程方式编程，通常是通过 I/O 接口。2C PMBus 连接。除了全面的监控功能外，还可以设置输出电压、启动延迟和斜坡速率。这些器件至少会有一个使能引脚，允许在外部或基于时间的控制下进行时序控制，但也可能存在更智能的模式，例如基于事件的控制、通用通信总线 (GCB) 控制和电压跟踪。.
基于时间的排序
最简单的方案或许是基于时间的时序控制，它依赖于预先编程的启动/关闭延迟和上升/下降斜坡速率，这些速率分别设置在各个 PoL 转换器中，并通过一条公共的使能线或控制线来启动所有转换器的时序。时序的精度取决于各个转换器的规格，并且必须留有足够的裕量，以确保始终保持正确的时序。数字控制 PoL 转换器制造商通常会提供配套软件，用于预先配置转换器的时序，然后将这些时序固定在固件中。该软件的图形用户界面通常会以图形方式显示已编程的值（图 2).
图 2：基于时间序列的 PoL 设计软件（FPD）的典型图形输出
基于事件的排序
该方案通过将控制器转换器的‘电源良好’信号连接到下一个转换器的使能输入端，从而确保严格的启动/关闭顺序，进而使能下一个转换器（图 3与基于时间的方案一样，上升沿和下降沿时间以及启动/关闭延迟都预先编程到每个转换器中。该方案的缺点是顺序是硬连线的，需要更改硬件才能改变顺序。.
图 3：基于事件的排序
GCB测序
为了获得高度的灵活性，可以使用GCB测序。. 在此系统中，每个 PoL 转换器都可以通过专用的串行通用通信总线与其他组内转换器通信，以设置任何已编程的序列和时序，并且无需任何硬件更改即可通过 PMBus 命令进行修改。设备的使能引脚可以并联，从而通过 CTRL 信号或 PMBus 控制提供整体启动/停止命令，最多可连接 32 个 PoL 转换器，涵盖所有实际应用场景。此外，这还支持故障扩散、相位增减、广播裕量和广播使能等同步功能，以及温度、负载电流和任何故障事件的监控。.
电压跟踪
有时，集成电路启动电压和关断电压的相对值更为重要，需要限制的是各电压轨之间的差异，而不是绝对值。电压跟踪模式可以解决这个问题，在该模式下，控制器转换器的输出电压（通常是最高电压）成为组内其他转换器的调节参考电压。图 4). 现在控制器电压和目标电压已锁定，上升时间和下降时间由控制器设定。如果目标电压需要是控制器输出的固定比例（即所谓的比例跟踪），则只需将控制器输出端连接到目标跟踪控制输入端，并使用电阻分压器即可轻松实现。PoL转换器必须设计为带有VTRACK输入端，以便直接控制输出电压。.
图 4：PoL 转换器处于跟踪模式
现代数字电源分配器 (PoL) 凭借其完全的灵活性和可编程性，能够实现所有时序模式，并可控制延迟和电压斜坡速率。像 Flex Power Modules 这样的公司处于该技术的前沿，提供一系列 PoL 产品。 伟创力 Power Designer 软件， 直观的图形用户界面，使设置和性能模拟变得容易，并具有自动规则检查功能，以确保已设置有效参数。.
注意：本文中的常用术语“主设备”和“从设备”已替换为“控制器”和“目标设备”。.