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多电源电路的可靠性设计案例
发表时间:2011-6-13 16:47:09  浏览次数:1554

多电源电路的可靠性设计案例


来源:摘自:电源网    2011-06-13
 
    在通信系统的电路中,大多存在两种以上的电源,实际工程应用中还常有蓄电池提供后备供电的情况,对于这些电路,在电压变化的过程中,可能会引发电路无效复位或上电失败的故障。对此,本文提出了一种实用的解决方案。
    随着通信设备复杂程度的提高,工程应用对设备的可靠性要求也随之提高。各种电源配送方案在工程运用上得到了广泛的应用,在有后备电池供电的应用上,由于供电系统的切换,通信设备内各部件将面临一次上电初始化的考验。

电路上电问题分析


    现在通信机房大多采用-48V直流电源,而电子元器件一般采用低电压供电,以5V和3.3V最为常见,近几年随着低功耗器件的大量使用,1.5V、1.8V、2.5V电源也被采用。电路设计中往往采用DC-DC电源转化模块提供二次电源。在同时使用多种电源时,可采用多种电源模块,或采用一种电源模块加多个直流电压转换器的方案,下面就两种典型情况作简单分析。


1.采用多电源模块设计的电路


   这种设计一般包括1只48-5V电源模块和1只48-3.3V电源模块。其中5V电源模块主要给电路内5V器件供电;3.3V电源模块主要给电路内FPGA、ASIC供电,以及供给直流电压转换器进行更小电压的转换。这里应当指出,如果采用线性调压器(LDO)进行小电压转换时,上级电压通常采用3.3V,因为常用的1.5V、1.8V、2.5V与5V的压降很大,在进行电压转换的时候将损失更多功率,同时增加系统的散热负担。


对于这种设计,由于不同电源模块的指标差异,存在上电顺序的问题。如果5V达到稳定的时间比3.3V早,那么将可能造成如下问题:a. 5V器件已经运行正常,而3.3V的FPGA、ASIC还未加载或初始化完毕。如果电路内MCU单元为5V供电,那么MCU初始化FPGA和ASIC失败,电路工作将不正常,这种情况理论上可以通过在MCU程序代码里添加空转等待语句,但是实际上仍然存在问题,见下面的分析。


b. FPGA加载失败。图1显示了一般可编程逻辑器件的上电加载机制。图2显示了48-3.3V的某品牌电源模块在用蓄电池加电时,其电压在上升过程中与达到稳定状态前出现的较为严重的波动,测试其他电压,也发现类似情况。


从图1、图2可以分析到,FPGA在上电过程中需要自检电压,一旦所有要求的电压值大于某个范围就开始加载,而此时如果电压波动较大,那么FPGA可能会加载失败,因为当波动的电压处于波峰时FPGA快速检查电压并可能通过,在FPGA加载正进行到下面某一步时,电压值突然下降直至波谷,那么FPGA的后续加载操作将异常。当然,现在不少FPGA在上电自检的时候都有个监测电压是否稳定的过程,加载失败的情况基本上很少,不过大部分的FPGA对电压都有严格的要求。



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