CN100438258C - 控制多模块电源同步的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制多模块电源同步的电路，包括至少一个输入电源，为有电源同步需求的多个模块提供输入电压；每个模块包括工作电源，将输入电压转换为模块内各器件需要的工作电压；每个模块还包括一个电源控制单元，与所在模块的工作电源的控制端连接；所有的电源控制单元在满足预设条件后同步控制该多个模块的工作电源输出或停止输出工作电压。本发明还提出一种控制多模块电源同步的方法。本发明通过在有电源同步需求的多个模块上分别设置电源控制单元，通过简单的电路设计实现对多个模块的同步上电/卸电，取代了现有技术中实现控制多模块电源同步的复杂设计。

Description

控制多模块电源同步的电路及方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其指一种控制多模块电源同步的电路及方法。

背景技术

随着电子产品的功能设计日趋复杂，电路的集成度及功能要求也越来越高。在目前的电路设计中，使用一个模块或单板通常不能很好地完成目标设计，同时又因为受到PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)面积或散热等问题的限制，因此往往需要将设计分为几个模块实现。但有时由于模块的器件之间存在电气连接关系，所以为保证系统正常及可靠地工作，就需要对多模块的电源同步进行控制。

现有技术中通常采用集中产生电源统一供电的方式来控制多模块电源同步。以多单板电路设计为例，目前单板器件或高速单板器件需要的电源包括：5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V、1V等，集中产生电源统一供电是指在一块单板上产生所有单板需要的上述各种电源，而其它单板还可以进一步用这些电源产生所需的其它特殊电源。具体应用可能包括用一次电源提供的-48V做二次电源变换，转换成满足功率需求的上述电源，同时还需兼顾满足各单板上器件上电的时序要求。然后通过连接器，将上述一块单板产生的各种电源传输给各单板器件使用。

上述集中产生电源统一供电的方法对于电源需求种类较少的小扣板较为可行，直接用连接器引底板或者其它单板电源供器件使用即可，节省了扣板电源电路和PCB面积；如果扣板还有其它电压需求只要增加一些小的电路就可以解决。但该方法也存在很多缺点。首先，电源从连接器或PCB引入扣板时会因为产生压降而造成电压不能与底板同步达到工作需求值，由于需要兼顾底板或电源板及扣板上电压器件的电压工作范围，所以即使利用底板或者电源板电源器件输出升压的方法也不能完全解决压降的问题；其次，对于电源需求种类较多或功率较大的单板，需要更多的电源连接器管脚传输电流，因此需要用更大、成本也更高的连接器，同时会增加PCB走线的难度；再次，如果各个单板器件的电源上电/卸电时序要求不同，这种集中供电方法也不可行。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制多模块电源同步的电路及方法，以解决现有技术中难以实现多模块电源同步的问题。

为达到上述目的，本发明提出一种控制多模块电源同步的电路，包括至少一个为多个模块提供输入电压的输入电源；所述模块包括至少一个工作电源，将所述输入电压转换为所需要的工作电压，所述模块还包括电源控制单元，与所述工作电源的控制端连接；所述多个模块的电源控制单元在满足预设条件后同步控制所述多个模块的工作电源输出或停止输出工作电压；另外，所述电源控制单元还用于按照预设的上电时序控制所述工作电源输出工作电压；或按照预设的卸电时序控制所述工作电源停止输出工作电压。

所述电源控制单元与所述输入电源的输出端连接，在检测到所述多个模块的输入电压超过第一预设值后控制所述工作电源输出工作电压。

所述电源控制单元与所述输入电源的输出端连接，在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值后控制所述工作电源停止输出工作电压。

所述电路还包括信号单元，所述信号单元与所述多个模块的电源控制单元连接，并输出同步上电信号触发所述电源控制单元控制所述工作电源输出工作电压；或输出同步卸电信号触发所述电源控制单元控制所述工作电源停止输出工作电压。

所述信号单元与所述输入电源的输出端连接，在检测到所述多个模块的输入电压超过第一预设值或收到第一外部触发后输出所述同步上电信号；或在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值或收到第二外部触发后输出所述同步卸电信号。

所述信号单元为所述电源控制单元。

所述模块还包括异常检测单元，所述异常检测单元与所述多个模块的电源控制单元均连接，并在检测到所述任一模块出现异常后触发所述电源控制单元同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

本发明还提出一种控制多模块电源同步的方法，应用于包括一个或多个模块的电路中，所述模块包括电源控制单元以及至少一个工作电源，所述方法包括：对待测项进行检测，判断所述待测项是否满足预设条件，如果是则所述各模块的电源控制单元同步控制多个模块的工作电源输出或停止输出工作电压；或所述各模块的电源控制单元按照预设的上电时序控制所述工作电源输出工作电压，或所述各模块的电源控制单元按照预设的卸电时序控制所述工作电源停止输出工作电压。

所述待测项为所述模块的输入电源电压，则

在检测到所述多个模块的输入电源电压超过第一预设值后，同步控制所述多个模块的工作电源输出工作电压；或

在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值后，同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

所述待测项为同步上电/卸电信号，则

在所述同步上电信号触发后，同步控制所述多个模块的工作电源输出工作电压；或在所述同步卸电信号触发后，同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

在检测到所述多个模块的输入电源电压超过第一预设值或收到第一外部触发后，输出所述同步上电信号；或在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值或收到第二外部触发后，输出所述同步卸电信号。

所述待测项为所述模块的工作情况，则

在检测到所述任一模块出现异常后，同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明一种控制多模块电源同步的电路及方法，通过在有电源同步需求的多个模块上分别设置电源控制单元，对模块的输入电源电压或其它同步控制信号进行检测，实现对多个模块的同步上电/卸电；本发明可应用于要求两个或多个模块电源同步的电路设计中，以简便的方式取代现有技术中实现控制多模块电源同步的复杂设计。

附图说明

图1为本发明控制多模块电源同步的电路第一实施例图；

图2为本发明控制多模块电源同步的电路第二实施例图；

图3为本发明控制多模块电源同步的电路第三实施例图。

具体实施方式

下面以具体实施例结合附图对本发明进一步加以阐述。

本发明公开一种控制多模块电源同步的电路，其第一实施例如图1所示，如图所示，本实施例中该电路包括为模块1～K提供输入电压的输入电源110，K≥2。模块1进一步包括n个工作电源120，将输入电源110提供的输入电压转换为模块1中各器件所需的工作电压Power_1、Power_2、…Power_n。模块1中还包括一个电源控制单元130，电源控制单元130与模块1上各工作电源120的控制端连接。该电源控制单元130对输入电源110提供的输入电压进行检测。与上述模块1类似，其它每个模块中均包括提供各器件工作电压的多个工作电源和一个与工作电源控制端连接的电源控制单元。

当模块1～K中的电源控制单元检测到输入电源110电压达到第一预设值后，即同步控制各模块中的工作电源输出工作电压。为了保证同步上电的可靠性，还可以借鉴现有技术中的设计惯例在检测电压达到预设值后增加一个延时再开始同步上电进程。由于输入电源为同一电源，所以各模块上的电源控制单元可以分别对接入所在模块的电压进行检测来触发同步上电。而具体到每个模块中，不同的工作电压可能有上电顺序的要求，例如有些器件要求I/O电压先上，CORE电压后上等等，因此模块上的电源控制单元还应该按照预先设置的时序控制各工作电源输出工作电压。对于同步卸电控制，电源控制单元在模块工作过程中检测到输入电源110电压不再满足第二预设值时，即开始同步控制各模块中的工作电源停止输出工作电压。与上述同步上电进程类似，各模块上的电源控制单元可分别对接入所在模块的电压进行检测来触发同步卸电，并可按照器件要求的预设时序控制各工作电源停止输出工作电压。上述的第一、第二电压值可以均采用工作电源的最低电压需求值，也可以是具体电路设计中需采用的其它不同值，该等变化并不能限定本发明的保护范围。

上述本发明控制多模块电源同步的电路第一实施例中，所有的模块使用同一个输出电源110，然而在实际设计中，模块之间也可能使用不同的输入电源，包括不同来源、不同电压的电源来提供输入电压。图2为本发明控制多模块电源同步的电路的第二实施例，本实施例中该电路应用于要求多个单板同步上电/卸电的设计。如图所示，单板1′～K′分别由不同的输入电源1′～K′提供输入电压，K′≥2。本实施例为便于说明故列举各单板输入电源不同时的极限情况，但并不排除实际应用时其中某几块单板引入同一输入电源的实施，且该种实施也应涵盖于本发明的保护范围。继续参照图2所示，单板1′～K′仍包括工作电源和电源控制单元，单板1′包括多个工作电源220，将输入电源210提供的输入电压转换为各器件需要的工作电压Power_1、Power_2、...Power_n；还包括一个电源控制单元230，其与所有工作电源220的控制端连接。

本实施例中，单板1′～K′是由不同的输入电源1′～K′提供输入电压，可以与第一实施例类似采用各电源控制单元分别与所有输入电源的输出端连接，从而对所有输入电源电压进行检测来实现触发同步上电。但为了显示更多的实施方式，本实施例中增加一个信号单元240来实现同步电源控制。该信号单元240可以设置于单板1′～K′的任一单板上，并与输入电源1′～K′的输出端及单板1′～K′上的电源控制单元均连接。当信号单元240检测到输入电源1′～K′的电压均达到预设值后即产生一个同步上电信号，单板1′～K′上的电源控制单元检测到该同步上电信号后，即同步控制各单板中的工作电源输出工作电压。当信号单元240在单板工作过程中检测到输入电源1′～K′中的任一电压不再满足预设值后即产生一个同步卸电信号，单板1′～K′上的电源控制单元检测到该同步卸电信号后，即同步控制各单板中的工作电源停止输出工作电压。具体到每个单板时，电源控制单元则按预先设置的时序控制各工作电源输出或停止输出工作电压。

另外，信号单元240的设置并不限于本实施例所述，还可以其他方式实现。例如，可以通过硬件设置利用其中某一个单板上的电源控制单元来实现信号单元240的功能，此时单板1′～K′上的电源控制单元通过信号线连接，当预先设定的该电源控制单元检测到输入电源1′～K′的电压均达到预设值后即产生一个同步上电的信号，以触发所有电源控制单元同步控制各单板上电；或在检测到输入电源1′～K′中任一电压不再满足预设值时即产生一个同步卸电的信号，以触发所有电源控制单元同步控制各单板卸电。又如，根据实际需要，信号单元240也可以不通过检测电源电压而直接接收外部触发以产生该同步上电/卸电信号，该外部触发可以是手动的触发信号，也可以是预先设定的一个定时触发信号。

为同时实现一些多单板设计中的异常检测需求，本实施例中控制多模块电源同步的电路还包括设置于各单板的异常检测单元1′～K′，该异常检测单元250与电源控制单元230连接，可以对单板的工作情况进行监视。当某个异常检测单元检测到所在单板出现非正常掉电或短路等故障时，即触发电源控制单元控制所有单板的工作电源同步停止输出工作电压。

下面以一个具体的电路设计为第三实施例对本发明控制多模块电源同步的电路加以详细阐述。

在一高端以太网交换机某8×10G路XFP(10Gigabit Small Form FactorPluggable，10G小板型插件)光口线卡的设计中，因为单板的PCB面积有限，器件又较多，只能将其中的4套PP(Packet Processor，数据包处理器)和FAP(Fabric Adapter Processor，交换网适配处理器)以扣板的方式实现。扣板需要的电压种类较多，包括3.3V、2.5V、1.8V、1.65V，且各种电压需要的功率也较大。如果采用底板集中供电的方式为扣板提供该些需要的电压，由于底板功率也较大，所以会加重底板电源负荷要求。其次由于电源种类较多，所需要的连接器管脚数量也多，会造成电路设计的走线困难。另外，通过底板PCB→板间连接器→扣板PCB传输后每种电源产生的压降也难以控制。

综合上述考虑，对该单板采用本发明控制多模块电源同步的电路设计，其电路如图3所示。系统对单板提供二次电源-48V，经保护电路310后进入底板300上两个-48V转12V的电源单元321、322。300W的电源单元321输出12V电压12V_Mother为底板300供电，200W的电源单元322输出12V电压12V_Daughter为扣板400供电。12V_Mother在底板300由12V工作电源331～335转换成芯片工作需要的3.3V、2.5V、1.8V、1.65V、1.2V；12V_Daughter通过板间连接器500引至扣板后，由12V工作电源431～434转换成芯片工作需要的3.3V、2.5V、1.8V、1.65V。

本实施例中，底板300和扣板400分别设置一个电源控制单元以控制底板300和扣板400的同步上电，如图3所示，电源控制单元340、440均与电源单元321和322的输出端连接以检测12V_Mother及12V_Daughter的电压。当电源控制单元340、440检测到12V_Mother及12V_Daughter的电压均超过12V工作电源331～335及431～434要求的最低电压10.8V后，再延迟400ms即同步控制底板300及扣板400的各种工作电压上电。底板300的电源控制单元340根据程序设置的上电顺序按底板器件要求的3.3V→2.5V→1.8V→1.65V/1.2V的顺序上电。扣板400的电源控制单元440根据程序设置的上电顺序按扣板器件要求的3.3V→2.5V→1.8V→1.65V的顺序上电。另外，本实施例中采用ADM1065ASU芯片以实现电路中电源控制单元340及440的功能，具体应用中还可根据需要采用其它上电控制器或上电控制电路作为本发明控制多模块电源同步的电路中的电源控制单元，其并非本发明的必要技术特征所在，是以不再加以赘述。

本发明还公开一种控制多模块电源同步的方法，其原理是通过在有电源同步需求的多个模块上分别设置电源控制单元，每个电源控制单元均与所在模块上工作电源的控制端连接，并在满足预设条件后同步控制该多个模块的工作电源输出或停止输出工作电压。

下面以三个具体实施例对本发明控制多模块电源同步的方法加以说明。

实施例一，在有电源同步需求的多个模块上分别设置电源控制单元，对模块的输入电源电压进行检测，在检测到该电压达到第一预设值后，即同步控制该多个模块的工作电源输出工作电压；或在任一模块工作过程中检测到该电压不再满足第二预设值后，即同步控制该多个模块的工作电源停止输出工作电压。该第一及第二预设值可以是工作电源的最低需求电压值。

为多个模块提供输入电压的输入电源可以相同也可以不同，如果由同一个输入电源为所有模块供电，由于引入各模块的输入电源相同，此时各个模块上的电源控制单元可以分别对引入各自模块的电压进行检测，在该电压达到最低需求电压值后即控制所在模块的工作电源输出工作电压，由此即可实现多模块同步上电的目的；而如果要求同步上电的多个模块由不同的输入电源供电，此时所有的电源控制单元，必须对引入所有模块的输入电源电压进行检测，在检测到所有的电压均达到预设值后同步控制各模块的工作电源输出工作电压。如果工作过程中该电源控制单元检测到任一模块的输入电源电压不再满足工作电源的最低需求电压值时，则同步控制所有模块的工作电源停止输出工作电压。

另外，具体到每个模块的上电进程，不同的工作电压应该有上电/卸电顺序的要求，例如有些器件要求I/O电压先上，CORE电压后上等等，因此电源控制单元还应该按照预先设置的时序控制所在模块上各工作电源输出/停止输出工作电压。

实施例二，在有电源同步需求的多个模块上分别设置电源控制单元，另外在其中任一模块上设置一个信号单元，该信号单元与所有的电源控制单元连接，用来产生同步上电/卸电信号以触发电源控制单元同步控制所有模块的工作电源输出/停止输出工作电压。

在控制多模块的同步上电进程中，该信号单元可以通过对各模块的输入电源电压进行检测，并在检测所有模块的输入电源电压均超过预设值后产生上述同步上电信号，或在模块工作过程中检测到任一输入电源电压不再满足预设值后产生上述同步卸电信号。另外，信号单元的设置并不限于本实施例所述，还可以其他方式实现。例如，可以通过硬件设置利用其中某一个模块上的电源控制单元来实现信号单元的功能，此时所有模块上的电源控制单元通过信号线连接，当预先设定的该电源控制单元检测到输入电源的电压均达到预设值后即产生一个同步上电的信号，以触发所有电源控制单元同步控制各模块上电；或在模块工作过程中检测到任一输入电源电压不再满足预设值后即产生一个同步卸电信号，以触发所有电源控制单元同步控制各模块卸电。又如，根据实际应用的需要，信号单元也可以不通过检测电源电压而直接接收外部触发以产生该同步上电/卸电信号，该外部触发可以是手动的触发信号，也可以是预先设定的一个定时触发信号。

实施例三，为实现电路设计中通常会遇到的异常检测需求，本实施例在有电源同步需求的多个模块上分别设置电源控制单元及异常检测单元，每个异常检测单元对所在模块的电源工作情况进行监视，并与所有的电源控制单元均连接。当某个异常检测单元检测到所在模块出现非正常掉电或短路等异常情况时，即触发所有模块的电源控制单元同步控制工作电源停止输出工作电压。

另外，上述本发明控制多模块电源同步的方法各实施例中，所述的多个模块可以是两个或多个单板，也可以是一块单板上的底板及扣板，或其他的组合情况；而所涉及的电源控制单元可采用现有技术中广泛使用的上电控制器，例如ADM1065ASU芯片，也可采用其它一些上电控制电路实现，该些变化并非本发明的必要技术特征所在，于此不加以赘述。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1、一种控制多模块电源同步的电路，包括至少一个为多个模块提供输入电压的输入电源；所述模块包括至少一个工作电源，将所述输入电压转换为所需要的工作电压，其特征在于，所述模块还包括电源控制单元，与所述工作电源的控制端连接；所述多个模块的电源控制单元在满足预设条件后同步控制所述多个模块的工作电源输出或停止输出工作电压；另外，所述电源控制单元还用于按照预设的上电时序控制所述工作电源输出工作电压；或按照预设的卸电时序控制所述工作电源停止输出工作电压。

2、如权利要求1所述控制多模块电源同步的电路，其特征在于，所述电源控制单元与所述输入电源的输出端连接，在检测到所述多个模块的输入电压超过第一预设值后控制所述工作电源输出工作电压。

3、如权利要求1所述控制多模块电源同步的电路，其特征在于，所述电源控制单元与所述输入电源的输出端连接，在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值后控制所述工作电源停止输出工作电压。

4、如权利要求1所述控制多模块电源同步的电路，其特征在于，所述电路还包括信号单元，所述信号单元与所述多个模块的电源控制单元连接，并输出同步上电信号触发所述电源控制单元控制所述工作电源输出工作电压；或输出同步卸电信号触发所述电源控制单元控制所述工作电源停止输出工作电压。

5、如权利要求4所述控制多模块电源同步的电路，其特征在于，所述信号单元与所述输入电源的输出端连接，在检测到所述多个模块的输入电压超过第一预设值或收到第一外部触发后输出所述同步上电信号；或在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值或收到第二外部触发后输出所述同步卸电信号。

6、如权利要求5所述控制多模块电源同步的电路，其特征在于，所述信号单元为所述电源控制单元。

7、如权利要求1所述控制多模块电源同步的电路，其特征在于，所述模块还包括异常检测单元，所述异常检测单元与所述多个模块的电源控制单元均连接，并在检测到所述任一模块出现异常后触发所述电源控制单元同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

8、一种控制多模块电源同步的方法，其特征在于，应用于包括一个或多个模块的电路中，所述模块包括电源控制单元以及至少一个工作电源，所述方法包括：

对待测项进行检测，判断所述待测项是否满足预设条件，如果是则所述各模块的电源控制单元同步控制多个模块的工作电源输出或停止输出工作电压；或所述各模块的电源控制单元按照预设的上电时序控制所述工作电源输出工作电压，或所述各模块的电源控制单元按照预设的卸电时序控制所述工作电源停止输出工作电压。

9、如权利要求8所述控制多模块电源同步的方法，其特征在于，所述待测项为所述模块的输入电源电压，则

在检测到所述多个模块的输入电源电压超过第一预设值后，同步控制所述多个模块的工作电源输出工作电压；或

在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值后，同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

10、如权利要求8所述控制多模块电源同步的方法，其特征在于，所述待测项为同步上电/卸电信号，则

在所述同步上电信号触发后，同步控制所述多个模块的工作电源输出工作电压；或

在所述同步卸电信号触发后，同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

11、如权利要求10所述控制多模块电源同步的方法，其特征在于，

在检测到所述多个模块的输入电源电压超过第一预设值或收到第一外部触发后，输出所述同步上电信号；或

在检测到上电后的所述任一模块的输入电源电压低于第二预设值或收到第二外部触发后，输出所述同步卸电信号。

12、如权利要求8所述控制多模块电源同步的方法，其特征在于，所述待测项为所述模块的工作情况，则

在检测到所述任一模块出现异常后，同步控制所述多个模块的工作电源停止输出工作电压。

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