ADM1169：多功能电源监控与排序芯片的深度解析

在电子设计领域，对于多电源系统的监控和排序需求日益增长。ADM1169 作为一款功能强大的可配置监控/排序设备，为多电源系统的供应监控和排序提供了单芯片解决方案。下面我们将深入探讨这款芯片的特性、应用及相关技术细节。

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特性亮点

1. 全面的监控与排序功能

ADM1169 可对多达 8 个电源进行监控和排序，具备 16 事件深度的非易失性故障记录功能，就像一个“黑匣子”，能记录关键的故障信息。其 8 个电源故障检测器可在 25°C 时以 <0.5% 的精度对所有电压进行监控，在全电压和温度范围内精度 <1.0%，为电源系统的稳定运行提供了可靠保障。

2. 灵活的输入输出配置

• 输入方面：拥有 4 个可选输入衰减器，允许在 VH 上监控高达 14.4V 的电源，在 VP1 至 VP3（VPx）上监控 6V 的电源。4 个双功能输入 VX1 至 VX4（VXx），既可以作为高阻抗输入用于电源故障检测，阈值范围在 0.573V 至 1.375V 之间，也可以作为通用逻辑输入。
• 输出方面：提供 8 个可编程驱动输出 PDO1 至 PDO8（PDOx），输出模式多样，包括开集电极外部上拉、推挽输出、开集电极弱上拉至 VDDCAP 或 VPx 等，其中 PDO1 至 PDO6 还具备内部电荷泵高驱动功能，可用于驱动外部 NFET。

  3. 电压裕度调节功能

  集成了 4 个 8 位电压输出 DAC（0.300V 至 1.551V）和 12 位 ADC，可实现对 4 个电压轨的完整电压裕度调节。DAC 可通过 DC - DC 转换器的调节/反馈节点进行电压调整，ADC 则用于读取所有监控电压，为电源系统的精确调节提供了有力支持。

  4. 强大的排序引擎

  基于状态机的排序引擎（SE）提供了多达 63 种不同状态，可根据输入事件灵活控制 PDO 输出，实现复杂的电路板控制，如电源上电和下电序列控制、故障事件处理以及警告中断生成等。还可集成看门狗功能，通过 SMBus 进行软件控制。

  5. 其他特性

• 采用最高的 VPx 或 VH 供电，提高了冗余性。
• 具备 256 字节的用户 EEPROM，可存储用户定义信息和故障记录。
• 支持行业标准的 2 线总线接口（SMBus），方便与其他设备进行通信。

应用场景

ADM1169 适用于多种应用场景，如中央办公系统、服务器/路由器、多电压系统线卡、DSP/FPGA 电源排序以及带裕度电源的在线测试等。在这些场景中，ADM1169 能够确保电源系统的稳定运行，提高系统的可靠性和性能。

技术细节分析

1. 电源供电

ADM1169 从 VPx 或 VH 中的最高电压输入获取电源，通过 VDD 仲裁器选择供电电源，具有约 0.2V 的最小开关损耗，可从低至 3.0V 的电源供电。同时，需要在 VDDCAP 引脚连接外部电容进行去耦，以保证芯片的稳定运行。在电源出现短时中断（掉电）时，VDD 电容可作为储能器，维持芯片的正常工作。

2. 输入功能

• 电源监控：ADM1169 有 8 个可编程输入，其中 4 个为专用电源故障检测器（SFD），另外 4 个 VXx 输入具有双功能，可作为 SFD 或数字逻辑输入。用户可根据需要配置输入，实现对不同电压范围的电源监控，检测欠压、过压或窗口外故障。
• 输入比较器迟滞：为避免输入接近设定阈值时的抖动，UV 和 OV 比较器具有数字可编程迟滞功能，用户可根据需要设置迟滞值。
• 输入毛刺滤波：SFD 的最后一级是毛刺滤波器，可对 SFD 比较器的输出进行时域滤波，去除如电源开启时的杂散过渡信号，滤波超时时间可编程，最长可达 100μs。

  3. 输出功能

• 电源排序：通过可编程驱动输出（PDOs）实现电源排序，PDOs 可作为逻辑使能或 FET 驱动。排序由 SE 控制，根据 ADM1169 的输入条件决定 PDO 的动作，可用于为板上的 LDO 或 DC - DC 转换器提供使能信号，或提供 PWRGD 信号和 RESET 输出。
• 输出配置：PDOs 可通过多种方式进行编程，如开漏、开漏弱上拉、开漏强上拉等，还可提供内部电荷泵高驱动（仅 PDO1 至 PDO6）。数据驱动 PDO 的来源有 SE 输出、SMBus 直接控制和片上时钟。

  4. 排序引擎

• 概述：SE 实现了对 PDO 输出的状态机控制，状态变化取决于输入事件。SE 程序可实现复杂的电路板控制，如电源上电和下电序列控制、故障事件处理和警告中断生成等。还可集成看门狗功能，通过 SMBus 进行软件控制。
• 状态机结构：SE 状态机由 63 个状态单元组成，每个状态具有监控输入引脚状态、可从任何其他状态进入、有三个退出路径（序列检测、故障监控和超时）、可定义 PDO 输出条件、状态转换时间小于 20μs 以及可触发黑匣子故障和状态寄存器写入 EEPROM 等属性。
• 应用示例：以一个三电源系统的上电序列为例，展示了 SE 的工作原理。通过监控输入引脚的状态，SE 可控制 PDO 输出，实现电源的有序开启和关闭，并处理故障情况。

  5. 故障和状态报告

  ADM1169 有故障锁存器用于记录故障，通过 FSTAT1 和 FSTAT2 寄存器存储故障信息，可通过 SMBus 读取。同时，还有多个状态寄存器，提供更详细的信息，如输入的欠压或过压状态、ADC 限制故障等。

  6. 非易失性黑匣子故障记录

  EEPROM 的一部分（地址 0xF980 至 0xF9FF）可用于存储多达 16 条故障记录。任何排序引擎状态都可指定为黑匣子写入状态，当进入该状态时，会将故障记录写入 EEPROM，记录包含故障发生时的芯片状态信息。

  7. 电压回读

  ADM1169 配备 12 位 ADC 用于电压回读，通过 8 通道模拟多路复用器选择输入通道，可对 VH、VPx 和 VXx 输入进行读取。ADC 可进行单次或连续转换，并提供平均功能。通过 ADC 代码和衰减因子可计算输入引脚的电压。

  8. 电源裕度调节

• 开环电源裕度调节：通过将 DAC 输出连接到 DC - DC 转换器的反馈节点，改变反馈电压，实现电源的裕度调节。ADM1169 可对多达 4 个电源进行开环裕度调节。
• 闭环电源裕度调节：结合 12 位 ADC 和 6 个电压输出 DAC，可实现更精确的闭环裕度调节。通过读取电源电压并调整 DAC 输出，可将 DC - DC 转换器的输出电压精确控制在目标电压的 ±0.5% 范围内。

  9. 通信与配置

• 配置下载：ADM1169 的配置由 RAM 中的内容决定，在电源上电时，需从 EEPROM 下载配置数据到 RAM。下载过程分多个步骤进行，确保配置的正确加载。
• 配置更新：提供多种配置更新选项，用户可通过 SMBus 实时更新配置、更新 Latch A 而不更新 Latch B 或修改 EEPROM 内容后再下载到 RAM。
• 排序引擎更新：SE 的状态定义存储在专用的 512 字节 EEPROM 中，要更改状态，需直接修改 EEPROM 中的 64 位字。
• 内部寄存器：包含地址指针寄存器和配置寄存器，用于选择内部寄存器和控制芯片的操作参数。
• EEPROM：用于永久存储数据，可通过串行总线进行读写操作。但写入 EEPROM 前需先擦除，且写入速度较慢，写入次数有限。
• 串行总线接口：通过 SMBus 进行控制，作为从设备与主设备通信。ADM1169 有 7 位串行总线从地址，可通过 A1 和 A0 引脚设置。同时，还提供了多个识别寄存器，可通过 SMBus 读取。
• SMBus 协议：支持多种 SMBus 读写协议，包括发送字节、写入字节/字、块写入、接收字节和块读取等操作。还可选择使用数据包错误检查（PEC）字节进行数据验证。

总结

ADM1169 是一款功能丰富、性能强大的电源监控和排序芯片，为多电源系统的设计提供了全面的解决方案。其灵活的输入输出配置、强大的排序引擎和丰富的功能特性，使其在各种应用场景中都能发挥重要作用。电子工程师在设计多电源系统时，可充分利用 ADM1169 的优势，提高系统的可靠性和性能。你在使用 ADM1169 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。