在任何嵌入式控制應(yīng)用中，所有數(shù)據(jù)處理的核心部件是微控制器、微處理器或FPGA。

要滿足眾多終端設(shè)備對(duì)存儲(chǔ)、功耗、系統(tǒng)電路板大小以及成本等的要求，這些核心器件的架構(gòu)都要求具備高度的控制、連接和安全特性。然而，這些數(shù)據(jù)處理核心部件需要先進(jìn)的電源管理系統(tǒng)以及許多開關(guān)和線性降壓(LDO)穩(wěn)壓器提供強(qiáng)大的支持，因此對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師而言一個(gè)最重要的問題就是選擇電源管理架構(gòu)。本文將討論如何克服各種嵌入式系統(tǒng)目前面臨的電源管理挑戰(zhàn)，并演示數(shù)字設(shè)計(jì)工程師如何利用在線嵌入式開發(fā)網(wǎng)站來協(xié)助決策，以更加從容地為大量嵌入式控制器和處理器遴選合適的電源管理和信號(hào)路徑產(chǎn)品。

目前的電源管理設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

當(dāng)前的高效率開關(guān)和線性穩(wěn)壓器可以提供較大的輸出電流、較寬的輸出電壓范圍和較高的頻率，不僅不需要使用外部補(bǔ)償電路，而且允許使用更小的外部無源器件。用的無源器件越小越少，所需的電路板面積也就越小，材料成本也就越低。更低的Rdson特性意味著更低的傳導(dǎo)損失和更高DC/DC轉(zhuǎn)換效率,配合斷電模式時(shí)很低的靜態(tài)電流，最終將形成更智能的高能效電源管理系統(tǒng)PowerWise，進(jìn)而支持目前許多嵌入式控制器/處理器產(chǎn)品業(yè)已具備的高級(jí)的節(jié)能技術(shù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)師面臨的眾多挑戰(zhàn)之一是：確保設(shè)計(jì)的方案能夠一次性通過、所用的電源可以具備一定的“彈性”，足以支持今后系統(tǒng)的升級(jí)，而無需對(duì)電路板作重大的改動(dòng)。處理任何最終設(shè)備中的電源、地和輻射噪聲耦合問題以及電路板屏蔽問題都決非易事，許多數(shù)字設(shè)計(jì)師通常把這里問題視為“魔匣”。由此可以理解為何當(dāng)前的大量電源設(shè)計(jì)都是直接去“拷貝、粘貼和復(fù)用”已被證明可用的先前設(shè)計(jì)。通常認(rèn)為，需要折中考慮輸入/輸出電壓范圍和負(fù)載電流。當(dāng)電源和控制器/處理器/FPGA之間的壓差很大時(shí)，最好選用開關(guān)穩(wěn)壓器，因?yàn)樗鼈兊男矢撸m合用于給處理內(nèi)核和I/O供電。當(dāng)輸入輸出電壓差較小時(shí)，線性穩(wěn)壓器的效率更優(yōu)，特別是在要求極低噪聲和紋波電壓時(shí)。圖1對(duì)設(shè)計(jì)工程師在選擇電源管理方案時(shí)要考慮的關(guān)鍵設(shè)計(jì)因素和系統(tǒng)要求作了總結(jié)。

圖1：進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)電源管理設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素和系統(tǒng)要求

利用Web資源協(xié)助設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)的電源管理解決方案

直到20世紀(jì)90年代末期，印刷版的產(chǎn)品選擇器指南一直都是系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師獲得詳細(xì)產(chǎn)品信息的唯一來源。當(dāng)時(shí)他們面臨的挑戰(zhàn)是通過比較多種產(chǎn)品、芯片規(guī)格和電子參數(shù)來尋找“最合適的”嵌入式控制器或處理器，而不考慮電源管理的要求。幸運(yùn)的是，隨著時(shí)間的推移，我們已經(jīng)能夠脫離那種繁重的工作，可以采用智能在線“搜索和比較”工具來完成相同的工作。

隨著市場(chǎng)上大量嵌入式微控制器和處理器的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)師在為特定的終端應(yīng)用選擇最佳解決方案時(shí)也面臨很大的困難。不管制造商聲稱可以提供多高的MIPS和Drystones，對(duì)處理內(nèi)核周邊的外部要求一直存在爭(zhēng)論。調(diào)查表明，尋找能夠兼容開發(fā)實(shí)驗(yàn)室在用開發(fā)工具的合適微控制器/處理器需要花費(fèi)許多時(shí)間。因此，現(xiàn)在設(shè)計(jì)工程師優(yōu)選www.embeddeddeveloper.com 網(wǎng)站作為嵌入式控制器/處理器/FPGA在線搜索工具。該網(wǎng)站支持相關(guān)的軟硬件開發(fā)工具，并提供高性能模擬產(chǎn)品的補(bǔ)充參考資料。

嵌入式開發(fā)者網(wǎng)站可以幫助設(shè)計(jì)工程師盡可能快速高效地開發(fā)可用的嵌入式解決方案。不同情形和不同用戶一般需要不同的搜索選項(xiàng)，而經(jīng)過適當(dāng)設(shè)定的嵌入式開發(fā)者的“搜索與比較”引擎可以滿足各種需求。例如，最終目標(biāo)是純處理性能，那么網(wǎng)站允許用戶根據(jù)眾多的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)CPU的Dhrystone性能進(jìn)行交叉比較。獲得在所有主處理器的衍生產(chǎn)品之間或在32/64位和6/16位處理器子集中進(jìn)行搜索的能力是容易的，但關(guān)鍵在于它能縮小控制器、處理器、FPGA的搜索范圍，從而只需很少幾次點(diǎn)擊就能完全匹配設(shè)計(jì)要求。搜索菜單的任意組合均能構(gòu)成有效的搜索，可以先選擇最重要的片上特性(如以太網(wǎng)、CAN、A/D等)，在不久前還增加了額外的重要參數(shù)，如定時(shí)器、閃存大小以及速度等級(jí)。一旦搜索完成，就可以用比較特性查看下一層細(xì)節(jié)，然后就能對(duì)眾多的控制器/處理器/FPGA逐項(xiàng)進(jìn)行比較。

當(dāng)這一步完成后，接下來就是關(guān)注外部模擬和混合信號(hào)器件，它們也是整體系統(tǒng)的必要組成部分。這里，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體推薦了一些實(shí)用的電源管理和信號(hào)路徑產(chǎn)品。當(dāng)這些產(chǎn)品確定好后，最后一步就是點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的制造商產(chǎn)品網(wǎng)頁和相關(guān)的軟硬件開發(fā)工具，同時(shí)可對(duì)美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體導(dǎo)體的模擬產(chǎn)品進(jìn)行在線設(shè)計(jì)和原型分析。

在對(duì)嵌入式解決方案做出選擇后，系統(tǒng)會(huì)推薦一些美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的產(chǎn)品作為推薦的電源管理或信號(hào)路徑配屬解決方案。然而，如果設(shè)計(jì)工程師要求更多的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)或其它可選項(xiàng)，也可以通過美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的WEBENCH在線仿真工具進(jìn)行設(shè)計(jì)、優(yōu)化和創(chuàng)建其它設(shè)計(jì)。在嵌入式開發(fā)者主頁上的WEBENCH條上點(diǎn)擊鼠標(biāo)也能實(shí)現(xiàn)相同的功能，它可幫助設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行如下工作：

1. 進(jìn)行選擇：a.輸入設(shè)計(jì)要求，也就是供電電壓、供電電流和輸出電壓，如果目標(biāo)值還沒有確定，可以使用絕對(duì)最大額定值。b.可以選擇由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推薦并經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證的電源管理產(chǎn)品，它們可以與所選的嵌入式控制器很好地一起配合工作。或者選擇其它推薦的產(chǎn)品。

2. 進(jìn)行設(shè)計(jì)：a.對(duì)元件進(jìn)行調(diào)整，測(cè)試工作值，如功耗、電流、偏移和漂移電壓以及頻率響應(yīng)。b.調(diào)換模擬和無源器件以比較它們的性能、尺寸和成本。

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