CN1777005A

CN1777005A - 可控制上电时间与顺序的直流/直流电源调整电路

Info

Publication number: CN1777005A
Application number: CN 200410091053
Authority: CN
Inventors: 刘浩; 王志刚; 方为; 陈弘
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2004-11-17
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2006-05-24

Abstract

一种可控制上电时间与顺序的直流/直流电源调整电路，包括上电时间控制电路与电平转换电路，上电时间控制电路包括一电阻电容串联延时电路，电阻端接电源信号，电容端接地，从电阻端引出一分路电源信号，从电容非接地端引出一上电时间控制信号；电平转换电路具有电源输入端与输出使能端，电源输入端与对应的分路电源信号相连，输出使能端与对应的上电时间控制信号相连，当使能端达到有效电平时，电平转换电路将该路转换后的电压输出；其中，延时电路的电阻值与电容值，根据所需延时上电时间的不同，而选取不同的数值，应用本发明，可以在直流电源的电平转换过程中，实现对不同上电时间与顺序的准确控制，电路设计简明、可靠、成本较低。

Description

可控制上电时间与顺序的直流/直流电源调整电路

技术领域

本发明涉及一种直流/直流电源调整电路，尤其涉及一种上电时间与顺序都可以控制的直流/直流电源调整电路。

背景技术

目前，随着电子、通讯等系统的复杂度不断提高，使系统中各个单板的电源分配设计复杂度也不断提高。电源管理、控制也成了系统设计以及单板设计中重点对象之一。为提高系统，特别是单板的可靠性，其电源部分的可靠和简洁就成了首先要考虑的问题。

电源是单板工作的基础。没有可靠而有效的电源，一切都无从谈起。现在的单板，由于系统的复杂度越来越高，其硬件结构也随之愈加复杂，器件数量不断增多，器件分布密度不断提高，单板板层数量也不断增加。这样就使单板器件供电的电平等级和路数都不断增加，控制也更加复杂。

特别会遇到这样的问题：一个单板中，有一些芯片使用电压相同的供电电源，但是应用或者芯片本身要求它们需要有不同的上电顺序，而且它们分布在单板上相对较远的地方；另外，系统提供给单板的电源路数有限，导致电平等级不能完全满足单板中器件的要求，常常需要进行从高电平到低电平的电平转换。这就出现两个问题：电平转换问题和增加电源路数并控制上电时序的问题。

针对这些问题，一般可以分解成两个电路模块来共同解决：多路电平转换模块电路和上电时序控制模块。

目前，比较常用的一些实现办法：

1、如图1所示，先让输入的一路电源分成多路进行电平转换，然后多路转换电源输入电源管理芯片进行上电时序控制。但是这个方法是多路电源集中输出，对于多路电源在PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)板上的电源分割造成困难，特别是针对那些器件布局比较离散的情况。而且电源管理芯片成本一般也比较高。

2、如图2所示，在多路电平转换之前，设计一些控制机构，可能会包括一些电子开关、时序控制电路，控制各路电源转换输入电源的上电顺序，实现各路电平转换电源输出的上电时序。但是，这样一来，电源的高可靠性就对这些控制机构提出了更高的要求，这种更高可靠性就意味着更高的成本。

因此，如何设计出一种不仅可以精确控制和调整上电的时间与顺序，而且性能可靠、思路简洁而成本又较低的直流电源转换电路，遂成为业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可控制上电时间与顺序的直流/直流电源调整电路，以较低的成本与简洁可靠的设计，在直流电源的电平转换过程中，实现对不同上电时间与顺序的准确控制。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可控制上电时间的直流/直流电源调整电路，包括上电时间控制电路与电平转换电路，所述上电时间控制电路包括电阻电容串联延时电路，电阻端接电源信号，电容端接地，从所述电阻端引出电源信号，从所述电容非接地端引出上电时间控制信号；所述电平转换电路具有电源输入端与输出使能端，所述电源输入端与所述电源信号相连，所述输出使能端与所述上电时间控制信号相连，当所述使能端达到有效电平时，所述电平转换电路将转换后的电压输出。

本发明进而提供一种可控制上电时序的一分多直流/直流电源调整电路，包括多个上电时间控制电路与多个电平转换电路，其中每一个所述上电时间控制电路都包括一电阻电容串联延时电路，电阻端接电源信号，电容端接地，从所述电阻端引出一分路电源信号，从所述电容非接地端引出一上电时间控制信号；每一个所述电平转换电路都具有电源输入端与输出使能端，所述电源输入端与对应的所述分路电源信号相连，所述输出使能端与对应的所述上电时间控制信号相连，当所述使能端达到有效电平时，所述电平转换电路将该路转换后的电压输出；其中，每一路所述电阻电容串联延时电路中的电阻值与电容值，根据各路所需延时上电时间的不同，而选取不同的数值。

应用本发明提供的可控制上电时间与顺序的直流/直流电源调整电路，可以在直流电源的电平转换过程中，实现对不同上电时间与顺序的准确控制，而且电路设计简明，结构对称，实现方便，性能可靠，成本较低。

附图说明

图1为现有的多路电平转换时序控制原理示意图；

图2为另一现有的多路电平转换时序控制原理示意图；

图3为本发明的多路电平转换时序控制原理示意图；

图4为本发明所提的前级上电时间控制电路实施例示意图；

图5为本发明所提的后级多路电平转换电路实施例示意图；

图6为本发明的可控制上电时序的一分多直流/直流电源调整电路实际应用实施例示意图。

具体实施方式

本发明由前后两级电路模块来实现，即前级的上电时间控制电路，用以产生分路电源信号与上电时间控制信号，以及后级的电平转换电路，用以在所述上电时间控制信号的控制下，将分路电源信号转换为所需要的电压输出。

本发明的原理主要利用了电容的端电压的非时间跳变特性，也就是说电容端电压不随外部电源的突然变化而发生跳变，利用这一原理即可产生本发明所需要的上电时间控制信号，从而实现关键的时序调整与控制。

如图3所示，本发明所提的上电时间控制电路是由电阻电容延时网络组成的，一路直流(DC)输入电源经过电源一分多，通过上电时间控制电路产生多个具有不同延时参数的上电时间控制信号，与多个分路电源信号，所述分路电源信号接入后级电路的电压输入端，所述上电时间控制信号接入后级电路的输出使能端，控制后级电路电压输出的时间，也就是说，输入电压在转换后并不能马上输出，要等到使能端电平有效时才能输出，而使能端的有效电平的到来时间则是由前级的电阻电容延时电路决定的，只要通过各路电阻电容的参数选择而控制延时时间出现时间差，这样整个电路输出就实现了不同上电时序的一分多直流/直流(DC/DC)电源调整。

对于一分多电路，其上电顺序调节通过电阻电容网络，使多路电源上电过程彼此之间存在时间差，达到上电时序调节的目的；电阻电容网路每路有两个信号输出，一个是控制信号，另一个就是分出的每路电源信号。电阻电容网络的多路输出又经过多路电源调整电路，实现从高电平到低电平的电平转换和不同上电时序，最后输出的多路电源可以给彼此之间有不同上电时序要求的各个芯片分别供电。这样的电路结构简单、对称，没有多余复杂的控制单元，使电路可靠性较高。在具体布局、布线时也非常方便灵活，而且在具体PCB设计的电源分割时也很方便。只需要把本发明中的每一路电路分别放在各个芯片附近，各路电源离的比较远(各个芯片比较离散)，这样各路电源在电源层的分割也变的很容易。而且各路电源在各芯片附近放置，可以对各芯片更可靠供电。

前级电路优选的实施方案如图4所示，一路输入分别连接到三个电阻电容网络，每个电阻电容网络有一个RC串联电路，RC串联电路的电容端接地，RC串联电路中的电阻端接电源信号，为了增强这部分电路的性能，另外还可以有两个不同的电容与RC串联电路一起并联接地，这样，第一个阻容网络由R10/C10/C11/C12组成，第二个阻容网络由R20/C20/C21/C22组成，第三个阻容网络由R30/C30/C31/C32组成；从每个RC串联电路的电容非接地端都引出一个信号，此信号就是控制后级电路实现不同上电时序的关键信号，另外每个阻容网络都分别输出从输入电源信号分出的电源信号，这样，第一路输出信号为Outputl/Control1，第二路输出信号为Output2/Control2，第三路输出信号为Output3/Control3。对于每一路的RC串联电路，它们一端都接地，另一端也都接输入电源，可以说明本发明的电路设计简单明了，结构对称，能实现较高可靠性。我们以第一路进行分析，当输入电源突然上电时，由于电容的端电压有非时间跳变特性，C10的端电压不会从零马上变到输入电源的电平值，而是有一个渐变过程，最后使端电压达到输入电源的电平值，这个渐变的时间由时间参数τ决定，这里τ1＝R10×C10。这样Control1要稳定输出需要经过由τ1决定的渐变时间。同样的道理，Control2和Control3要稳定输出也需要经过由τ2、τ3决定的渐变时间。只要我们在参数设计时，各路的τ1、τ2、τ3设计的不同，Control1、Control 2、Control 3稳定输出的时间就不同，彼此之间就有时间差，利用这个时间差控制后级电路就会很容易实现多路的不同上电时序输出。

优选的，后级对多路电源的电平转换、电源调整及输出时序控制是通过可调低压差电压调整器(Low Dropout Regulator，LDO)及其外围电路参数设计实现的。如图5所示，以型号为LP3966ES-ADJ的调整器为例，其连接关系为：前级每路输出的两个信号都分别引入到各路电压调整器(LDO)的VIN、SD引脚；电压调整器(LDO)的GND、GND2引脚都接地，电压调整器(LDO)的VOUT、ADJ引脚之间都接RC并联电路，ADJ和地之间还连接一个电阻，另外VOUT引脚都并联一个电容，电容另一端接地；每个电压调整器(LDO)的输出都最后引出而形成多路电源输出，这样整个电路，第一路由D1/R40/C41/R41/C41组成，第二路由D2/R50/C51/R51/C51组成，第三路由D3/R60/C61/R61/C61组成。可调低压差电压调整器(LDO)LP3966ES-ADJ的输出电平是可调的，其输出电平可调整范围从1.215V～5.1V。以第一路来说明输出电平与LP3966ES-ADJ外围电路参数的关系，Vout＝1.216(1+R40/R41)。其他各路电源输出计算方法相同。各路电源输出的不同上电时序是通过对多路电压调整器(LDO)引入不同时序的输出使能信号实现的，这些不同上电时序的信号正是前级多路阻容网路电路产生的，这些信号的产生十分简单和可靠，这就必然使整个电路简单而可靠。

本发明的整个应用实例参见图6，本实例中单板中的三个FPGA由于设计应用的需要，其内核工作电压要求上电时序不同；另外，单板的供电电压由于系统设计要求不能直接给各个FPGA提供1.8V核心工作电压，通过本发明的应用实例，就能可靠而简单地实现了这些具体要求。对于本实例中各个FPGA工作电压相同，所以LP3966ES-ADJ的输出外围参数都是一样的。而对于工作电压不同而又有上电时序要求的，只要按照上述计算方法调整参数就可以实现了。

在实际应用过程中，可以根据具体情况来设计电阻电容参数，选择具体的可调低压差电压调整器(LDO)，设计不同的多路电源的输出电平，以满足实际应用需求，实现不同上电时序的一分多直流/直流(DC/DC)电源调整。

本发明的电阻电容网络，由多路电阻、电容参数组成，各路电阻、电容的参数根据上电顺序不同来决定。在结构和具体电路布局、布线上，各路电阻、电容都可一致，因为它们的设计都是相同的，不同的是电阻和电容的参数不同。这种各路参数的不同正是决定上电顺序不同的关键点。其工作原理就是利用阻容电路的时间常数不同，其电容端电压稳定时间不同，用这些不同的稳定时间电压信号去控制后级电路就可以实现不同的上电顺序。这样的电路设计思路清晰、结构对称，而且电路简单，可靠性较高，仅用很少的电阻电容就产生了多路电源的上电上电时序控制信号。

本发明中的多路直流/直流(DC/DC)电源调整及输出时序控制电路仅通过多片可调低压差电压调整器(LDO)就完成电源调整和实现多路电源输出不同上电时序，没有其它复杂的控制机构，核心元件仅为可调低压差电压调整器，现在很多低压差电压调整器都有较大的输出范围和较低的电压输出，这样可以满足对那些小工作电压芯片的供电。很多可调低压差电压调整器都有输出使能引脚(EN)，只有给该引脚输入有效电平，该芯片才有电压输出，因此，我们把前级提供的具有不同稳定时间的多路电压信号引到后级电路各个电压调整器的使能引脚，则实现了多路电源输出具有不同上电顺序。可调低压差电压调整器另外有一个重要的特点是，改变外围电路参数，可以实现输出电压可调功能，给单板电源设计应用带来极大的方便。

所以本发明不但可以应用于一分多不同上电时序、相同输出电压值电源调整的情况，也可以应用于一分多不同上电时序、不同输出电压值电源调整的情况。对于一分多不同上电时序、相同输出电压值电源调整的情况，各路的可调低压差电压调整器(LDO)外围参数设置相同就可以实现。对于一分多不同上电时序、不同输出电压值电源调整的情况，各路的可调低压差电压调整器外围参数根据应用要求设置成不同的参数就可以实现。对于输出电压值的范围要根据使用的可调低压差电压调整器和输入电源的电压值共同决定。整个电路的电源输入电压值范围是由电路中选择的可调低压差电压调整器芯片决定的。由此可见，本发明电路设计简单明了、结构对称，布局和布线的实施也很灵活；没有复杂的控制机构，可靠性较高，完全能够有效解决低电压大电流多路电源的上电顺序问题；并且使用的元件很少，成本低，节省单板使用空间和单板成本。

本发明中所说的多路是指两路以上的电源输出，根据具体应用可以设计成任意多路，本发明实施例仅以三路为例，但实际上并不限于三路。

同时，尽管本发明的主要用途以及优选实施例都是用于多路电源调整，但实际上，对于单路电平转换而言，本发明依然是有效的，利用本发明即可较为准确的控制一路电源的延迟上电的时间，实施方案只要从本发明所举实施例中的多路中选取一路即可。也就是说，一路只是多路的特例，实现也较为容易，这里就不再单独举例了。

另外，从概念上说，所谓上电时间控制，已经包含了断电的时间控制，利用本发明的原理，以及相同的电路组成，在实现上电时序控制的同时，也实现了断电的时序控制。

Claims

1、一种可控制上电时间的直流/直流电源调整电路，包括上电时间控制电路与电平转换电路，其特征在于：

所述上电时间控制电路包括电阻电容串联延时电路，电阻端接电源信号，电容端接地，从所述电阻端引出电源信号，从所述电容非接地端引出上电时间控制信号；

所述电平转换电路具有电源输入端与输出使能端，所述电源输入端与所述电源信号相连，所述输出使能端与所述上电时间控制信号相连，当所述使能端达到有效电平时，所述电平转换电路将转换后的电压输出。

2、如权利要求1所述的电源调整电路，其特征在于所述电阻电容串联延时电路两端还连接有第一并联电容与第二并联电容，共同连接于电源与地之间。

3、如权利要求1所述的电源调整电路，其特征在于所述电平转换电路为低压差电压调整器。

4、如权利要求3所述的电源调整电路，其特征在于所述低压差调整器包括电压输入端(VIN)、输出使能端(SD)、电压输出端(VOUT)、调整端(ADJ)以及地端(GND、GND2)，所述VIN端与电源信号相连，所述SD端与上电时间控制信号相连，所述地端与地相连，所述VOUT端与ADJ端之间连接有一电阻电容并联电路，ADJ端与地之间连接有一电阻，VOUT端与地之间连接有一电容，VOUT端引出输出电源信号。

5、一种可控制上电时序的一分多直流/直流电源调整电路，包括多个上电时间控制电路与多个电平转换电路，其特征在于：

每一个所述上电时间控制电路都包括一电阻电容串联延时电路，电阻端接电源信号，电容端接地，从所述电阻端引出一分路电源信号，从所述电容非接地端引出一上电时间控制信号；

每一个所述电平转换电路都具有电源输入端与输出使能端，所述电源输入端与对应的所述分路电源信号相连，所述输出使能端与对应的所述上电时间控制信号相连，当所述使能端达到有效电平时，所述电平转换电路将该路转换后的电压输出；

其中，每一路所述电阻电容串联延时电路中的电阻值与电容值，根据各路所需延时上电时间的不同，而选取不同的数值。

6、如权利要求5所述的电源调整电路，其特征在于所述每一路电阻电容串联延时电路两端还连接有第一并联电容与第二并联电容，共同连接于电源与地之间。

7、如权利要求5所述的电源调整电路，其特征在于所述电平转换电路为低压差电压调整器。

8、如权利要求7所述的电源调整电路，其特征在于所述低压差调整器包括电压输入端(VIN)、输出使能端(SD)、电压输出端(VOUT)、调整端(ADJ)以及地端(GND、GND2)，所述VIN端与电源信号相连，所述SD端与上电时间控制信号相连，所述地端与地相连，所述VOUT端与ADJ端之间连接有一电阻电容并联电路，ADJ端与地之间连接有一电阻，VOUT端与地之间连接有一电容，VOUT端引出输出电源信号。

9、如权利要求8所述的电源调整电路，其特征在于所述低压差电压调整器VOUT端与ADJ端的电阻、ADJ端与地之间的电阻，其电阻值每路对应相等。

10、如权利要求8所述的电源调整电路，其特征在于所述低压差电压调整器VOUT端与ADJ端的电阻、ADJ端与地之间的电阻，其电阻值根据各路输出电压的不同而每路对应不等。