新一代PCI背板的电源管理需求

2011-08-16 21:19:10来源: 互联网

高速总线提高电源设计难度
  随着许多高速处理器、大容量硬盘和磁盘阵列、显示卡、以太网络和光纤数据通讯、以及内存数组等设备通讯速度不断加快,使用更快速总线接口来符合其应用需求成为必要。
  现代半导体技术能制造出比以前更快逻辑电路,但仅靠提高逻辑电路速度并不足以加快总线速度。总线架构工程师必须处理总线电容、因为讯号线长度不同所造成讯号歪斜现象、难以预测总线负载变化、以及系统零组件误差。总线速度越快,电压就必须越精确。而这些问题都与俗称为I/O电源或VIO.总线收发器电源供应习习相关,因此现代总线必须小心设计其电源才能有效发挥最大效能。
  新旧PCI可相容
  回溯兼容性是PCI总线最大优势。PCI特别工作小组已发展出一套方法让PCI扩充槽能同时支持新型与旧规格PCI电路板。早期PCI电路板和PCI-X 1.0(又称为mode-1)电路板都使用3.3V VIO,而PCI-X 2.0 266MHz和533MHz(又称为mode-2)电路板使用则是1.5V VIO电压。误用3.3V电源mode-2电路板会发生故障;而误用1.5V电源旧规格或mode-1电路板,则可能会没有足够电压在总线产生逻辑 “1” 讯号。
  原始PCI标准是以不同接脚边缘外形让5V和3.3V电路板共存,但这种做法无法提供回溯兼容性。PCI-X 2.0则是借用现代高效能微处理器技术,也就是透过逻辑电路来选择电压(logic-selectable voltage)来解决此问题。
  PCI电路板连接座上有个称为PCIXCAPPCI-X兼容性接脚,PCI系统会利用系统电路板上模拟数字转换器测量PCIXCAP电压值以决定PCI电路板速度。传统PCI电路板会将PCIXCAP接地,使扩充槽控制器将总线速度限制在33MHz。PCI-X 66MHz电路板会在PCIXCAP接脚加上10kΩ下拉电阻,让PCI-X以66MHz速度操作;PCI-X 133MHz电路板则会让PCIXCAP处于浮动状态,以启动133MHz操作模式。
  这种技术还能根据PCIXCAP共享接脚电压来设定整个总线。比方说,只要有一张PCI电路板将PCIXCAP接地,整个总线就会使用33MHz;PCIXCAP接脚若处于浮动高电位,就表示所有PCI电路板皆为PCI-X 133MHz,使总线进入133MHz操作模式。若有部份电路板在PCIXCAP加上10kΩ下拉电阻,PCIXCAP接脚电压就会低于浮动状态高电压,但仍高于接地电压,此时总线会在PCI-X 66MHz速率下操作。
  PCI-X 2.0定义两种新下拉电阻值:PCI-X 266MHz3.16kΩ以及PCI-X 533MHz1.02kΩ,来进一步扩大此技术,使操作速度增加为五种。系统可以根据PCIXCAP模拟数字转换器所提供信息来设定总线速度与VIO电压。
  工程师还需解决许多其它问题才能完成64位266MHz扩充槽实作。桥接技术速度虽然已能让一个桥接器支持6个32位66MHz PCI扩充槽,但目前仍只能处理2个64位133MHz PCI-X 1.0总线扩充槽;266MHz以上PCI总线更要将桥接器直接联机至扩充槽,才能满足两者之间超高数据速率要求。
  PCI VIO规格
  使用3.3V或5V I/O电源和较慢数据速率时,就算电源供应电压略有变动,PCI系统所输出低电位和高电位电压仍能达到TTL规格要求。但如果VIO降到1.5V,数据速率又增加至266MHz以上,讯号振幅范围将大幅缩小,讯号稳定时间则相对变得更重要。
  PCI规格对于不同VIO电压要求如下:
  供应电压
  供应电压
  误差范围
  供应电压
  误差范围
  最大负载
  电流
  扩充槽与桥接器电压差异
  扩充槽与桥接器电压差异
  5V
  ±5%
  ±250mV
  5A
  未指定
  未指定
  3.3V
  ±9.1%
  ±300mV
  7.6A
  ±3%
  ±100mV
  1.5V
  ±5%
  ±75mV
  1.5A
  ±1%
  ±15mV
  PCI-X mode 1要求扩充槽和桥接器3.3V VIO电压相差不能超过±100mV;这就表示桥接芯片VIO电压必须在扩充槽VIO电压100mV范围内,以便忍受电流感测电阻、独立电源切换FET开关晶体管、和讯号线可能电压降。但若VIO电压为1.5V,扩充槽与桥接器电压就不能相差超过±15mV;此时唯有让它们使用同一组电源,并以又短又粗导线将其电源接点连接在一起,才能确保扩充槽与桥接器电压相差在要求范围内。
  针对VIO电压要求也带来了许多新限制。举例来说,桥接芯片必须能开启和关闭VIO电压,以及选择电压值在3.3V与1.5V之间。电源供应选择开关在提供电源给扩充槽负载(最高1.5A)和桥接芯片负载时(最高1.5A以上,视桥接芯片而定),其电压降不能超过±75mV。
  VIO电源实作
  有些系统会用它1.5V电源层,提供VIO电压给mode-2桥接器和PCI-X扩充槽。这些系统只要遵守下列简单规则,就能使用切换电路来提供VIO电压:
  1. 以宽而短线路将VIO电压传送给桥接器和扩充槽;
  2. 略为提高1.5V电源层电压;
  3. 使用导通阻抗极低功率FET晶体管和电流感测组件;
  4. 在「阻隔串接线路」(blocking series connection)上,利用两颗FET开关晶体管将1.5V电源送到桥接器和扩充槽;如此一来,无论扩充槽电压为0V或3.3V,只要FET处于截止状态,就不会有电流从扩充槽通过FET体二极管进入1.5V电源层。
  除了采用上述切换电路之外,也能以1.8V电源供应器来提供VIO电压给mode-2扩充槽和桥接芯片,然后再利用低压降线性稳压器将1.8V降压至1.5V电压。这种做法可使用成本较低FET晶体管,而对于电路板绕线要求也比较宽。比方说,设计人员可以使用UC382-1之类低压降稳压组件,此时功率FET将同时扮演电源选择器、稳压器、和热插拔电源开关等多种角色。
  扩充槽VIO接脚与组件15VIS接脚之间联机极为重要;由于它同时担任着电流感测和稳压感测等功能,所以在绕线时需特别注意。
  若系统无法提供低电压电源,也能利用可程序交换式稳压器来提供VIO电压;例如使用可接受 12V输入电源PTH05000 VRM稳压模块提供3.3V或1.5V电压,或是采用内建FET晶体管TPS54310 SWIFT等交换式稳压组件。
  热插拔电源控制
  PCI和PCI-X可广泛用于各种平台、笔记型计算机、桌上型计算机、服务器和工业系统。笔记型计算机和桌上型计算机大都以PCI做为内部数据总线;外部装置联机则采用USB、Firewire、PCMCIA、Cardbus或是Express Card。这些装置都有自己电源管理和装置热抽换(Hot Swap)协议。
  PCI和PCI-X也能在系统不关机时移除连接装置;这种热插拔(hot plug)功能是服务器等高可用性(high-availability)系统,在不中断作业条件下进行维修服务关键。设计人员必须利用系统驱动程序和硬件才能提供完整PCI热插拔功能。
  PCI热插拔扩充槽插座与传统PCI扩充槽完全相同;它上面也有电路板内锁开关、电路板服务要求按钮、以及标准电路板状态指示灯。电路板管理与控制是由标准热插拔控制器(Standard Hot Plug Controller,SHPC)负责;它会监测扩充槽开关、命令扩充槽启动或关闭电源、启动或关闭总线开关、将数据绕过已关闭电源扩充槽、以及管理扩充槽指示灯灯号状态。另一颗称为热插拔电源控制器(Hot Plug Power Controller,HPPC)功率模拟组件则会负责切换扩充槽电源。
  HPPC可提供不同电源和模拟功能;例如扩充槽开关电压跳动消除(debouncing)和缓冲、电路板种类判断、选择适当扩充槽VIO电压、切换扩充槽 12V、 5V、 3.3V、Vaux和-12V电源、驱动扩充槽总线开关、以及驱动扩充槽指示灯。HPPC还可为每个总线电源提供限流功能,以防止故障电路板造成背板电源过载或电压下降。
  TPS2363热插拔电源控制器可为PCI Express提供热插拔功能。这颗组件可以切换两个扩充槽Vaux、 3.3V和 12V主电源、监测两个扩充槽内锁和服务要求开关;它还能在任何电源发生过载时,立即切断扩充槽联机以保护电源不受损害。
  面对实际问题
  现代逻辑组件已能承受来自电源大电流突波,开关速度更达到500ps以内。实际限流电路必须在必要时提供瞬间大电流,扩充槽电流达到危险水平一段时间后,也要能迅速切断扩充槽电源;否则激增扩充槽电流可能导致背板电压下降,进而影响背板其它装置正常作业。
  电流感测零件和导线布局也很重要。针对高密度电路板零件布局,工程师应选择能直接放在PCI插座之间高密度单列式功率封装(inline power package)。举例来说,TPS2343就采用80只接脚TVSOP封装,其接脚末端宽度不到8.5厘米。
  串行总线已开始出现在现代电子系统,并与传统并列总线分庭抗礼;这两种总线在短期内仍须携手共存。串行总线没有数据路径歪斜问题,故能采用更弹性绕线和连接座设计。接脚数目减少使串行总线体积更为精巧;然而电源路径安排以及电源安全保护对于串行总线仍然极为重要。
  半导体技术虽可将更多功能整合至更低成本组件,连接座和其它机械零件却日益昂贵。现在正是串行总线取代并列总线转折点。虽然PCI Express成本已降至PCI-X水平,未来还会更低;但是PCI、PCI-X 1.0和PCI-X 2.0仍拥有低成本、回溯兼容性、和易于实作等优势,这也意味着它们仍将在市场上风光一段时间。

关键字:背板  需求

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0816/article_11398.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
背板
需求

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved