개요: MAX6870 16진(hex) 전압 시퀀서/모니터는 복잡한 설계를 단순화하는 완벽하게 통합된 솔루션을 제공한다. 이 EEPROM 구성 가능 소자는 임계값, 출력 구조 및 타이밍 지연 설정 시 탁월한 유연성을 제공한다.
대부분의 전자 시스템에서는 파워 업 시 프로세서 및 기타 IC의 리셋 상태 유지를 보장하고 브라운아웃(brownout: 순간 전원 공급 차단) 조건이 발생할 때 이를 탐지하기 위해 시스템 전압을 감시하는 것이 중요하다. 이러한 감시를 통해 메모리를 손상시키거나 시스템을 부적절하게 실행시키는 코드 실행 문제가 최소화된다. 고급 시스템의 경우 이러한 시스템에서 다수의 전원장치의 적절한 시퀀싱을 보장하는 것도 중요하다. 적절한 시퀀싱은 시스템 문제를 발생시키거나 마이크로컨트롤러 (µC), DSP, ASIC 또는 마이크로프로세서 (µP)와 같은 중요한 부품을 손상시킬 수 있는 래치 업 조건을 방지한다. 일반적으로 여기에 언급된 적합한 시퀀싱 및 모니터링 기능을 구현하기 위해 하나 이상의 감시 제품이 필요하다.
기존에는 이러한 기능들 중 많은 부분이 파워 온 리셋 및 기타 µP 감시 회로를 사용하여 수행되었다. 최근에는 전원 전압의 수가 증가하면서 이러한 의무를 수행하는 데 필요한 소자의 수가 증가하고, 그에 따라 복잡성, 비용 및 소비되는 보드 공간이 복잡해지고 있다.
복잡한 시스템의 모니터링 및 시퀀싱
전원 전압을 감시하기 위한 가장 손쉬운 방법은 파워 온 리셋 (POR) 또는 전압 검출기 회로를 사용하는 것이다. 이 소자들은 단일 전압 또는 다수 전압을 감시할 수 있다. 감시되는 전원 전압이 파워 업되고 POR의 전압 임계값을 초과하면, POR의 출력은 지정된 시간이 경과할 때까지 하이 상태를 해제하지 않는다. 이로써 µC의 동작을 허용하기 전에 시스템 클록은 안정화되고, 시스템 부트 루틴이 초기화된다. 이러한 POR 및 전압 검출기는 또한 전원을 시퀀싱(순차 동작)하는 데에도 사용될 수 있다. 하나의 레귤레이터를 감시하는 POR의 출력을 다음 레귤레이터의 셧다운 핀에 연결하면 (즉, 데이지 체인:daisy-chaining), POR의 시간 지연이 경과한 후 한 레귤레이터 다음에 다른 레귤레이터가 나타난다.
시스템 전원 전압의 수가 증가하면서 전압은 여러 개의 전압을 감시하는 전압 모니터 및 감독 소자가 필요하게 된다. 그러나 복잡한 시스템의 경우 보통 10개 ~ 15개의 전압이 시스템에 전력을 공급하기 때문에 이러한 소자들이 필요하다.
수의 감독소자를 사용할 때의 도전 과제
이 다수 감독소자 접근방식을 사용하는 경우에도 나름대로 문제가 있다. 그 중 한 가지는 정확한 임계값을 갖는 소자를 찾는 것이다. 3.3, 2.5, 1.8, 1.5 및 1.2V와 같은 다수의 표준 전압이 있지만, 많은 비표준 전압을 감시할 필요가 있다. 그러려면 외부 저항 분배기가 감시되는 임계값을 설정해야 한다. 시스템 전원 전압이 변경되면 (예를 들어, 사용자가 전력 소비를 줄이기 위해 ASIC의 코어 전압을 낮추거나 ASIC의 성능을 향상시키기 위해 코어 전압을 높일 경우), 사용자는 이러한 새로운 전압을 수용하기 위해 저항 값을 변경해야 할 것이다. 이러한 유연성을 얻으려면 이러한 추가적인 외부 저항이 필요하고, 따라서 더 많은 보드 공간과 비용이 든다. 정확한 리셋 타임아웃 기간을 선택할 때에도 동일한 문제가 발생한다.
다수의 감독소자와 관련된 또 다른 문제는 시스템이 특정 파워 업 시퀀스(순차동작)를 제공해야 할 때이다. 이보다 더 많은 수의 전원 전압이 시스템에 전력을 공급할 경우, 위에서 설명한 데이지 체인 기법은 다양한 전원이 나타날 때 타이밍을 처리하지 못할 수 있다. 또한 개발 도중에 시퀀싱(순차 동작) 요건이 변경되면 이러한 이후 변경을 수용하기 위한 회로 변경이 문제가 된다.
또 다른 시퀀싱 문제는 이러한 대형 시스템이 "실버 박스(silver box)" 또는 "브릭(brick)" 전원 장치를 사용할 때 발생할 수 있다. 이 전원들은 전원 설계를 단순화하지만, 특정 파워 업 시퀀스가 필요할 때 문제를 제기한다. 예를 들어, 여러 개의 출력 전압을 제공하는 브릭 전원은 단 하나의 인에이블 핀을 가질 수 있다. 따라서 모든 전원 전압이 이 단일 핀의 제어 하에 동시에 켜지고 꺼진다. 다수의 인에이블 (또는 셧다운) 입력을 갖는 브릭 전원은 이 문제를 해결할 수 있다. 그러나 다수의 IC가 동일한 전원을 공유할 경우 (예를 들어, 3.3V I/O 로직 전원과 1.8V 코어 전원), 2개의 IC는 요구사항이 서로 충돌할 수 있다. 가령, 한 소자는 I/O 전원 이전에 코어 전원이 나타나야 하고 두 번째 소자는 전원이 반대 순으로 시퀀스해야 할 수 있다.
이 문제는 MOSFET과 같은 외부 스위치를 사용하여 해결될 수 있다. 저전력 애플리케이션의 경우, 사용자는 일반적으로 n채널 MOSFET에 비해 값이 더 비싼 p채널 MOSFET을 사용할 수 있다. n채널 MOSFET은 더 낮은 온 저항이 스위치에서 전압 강하를 감소시키기 때문에 더 높은 전류 애플리케이션을 위해 최적이다. n채널은 또한 초저전압 코어를 위해 사용될 수 있다. 그러나, n채널 MOSFET을 최대한 고급화하려면, 적합한 게이트-소스 전압을 제공하기 위해 충분히 높은 전원 전압을 사용할 수 있어야 한다. 이러한 더 높은 전압이 없는 시스템에서는 MAX6819/MAX6820 전원 시퀀서와 같은 IC를 사용하여 시퀀싱 과정을 제어할 수 있다. 이러한 소자를 위한 내부 차지 펌프는 5V 게이트-소스 전압을 보증한다. 이 전압 강하는 일부 시스템의 경우 너무 높아서 보드 설계자들은 때때로 이 시퀀싱 문제를 피하기 위해 레귤레이터 수를 두 배로 증가시킨다.
전원 전압 수가 증가함에 따라 여러 개의 MAX6819/MAX6820 회로를 사용하는 것이 효과적일 수 있다. 다수의 POR을 사용할 때와 마찬가지로 이러한 전원 시퀀싱 IC는 전원장치를 데이지 체인으로 엮도록 구성될 수 있다. 그러나 대량 전압의 경우, 이 솔루션은 많은 개별 IC를 필요로 하기 때문에 전반적인 시스템 비용을 높이고 너무 많은 보드 공간을 소비하게 된다.
마지닝 기능 (Margining Functions)
전원 전압 감시 및 시퀀스 능력은 높은 수준의 신뢰성을 제공하는 데 매우 중요하다. 통신, 네트워킹, 서버 및 스토리지 장비에서 발견되는 것과 같은 많은 복잡한 대형 시스템에서는 주요 부품의 추가적인 테스트가 필요하다. 한 가지 예는 시스템 전압이 일시적으로 상승하거나 떨어질 때 시스템 성능을 점검하는 마진 테스트이다. 마지닝은 종종 시스템 개발 도중에 수행되지만 제조 과정에서도 일상적으로 구현된다. 마지닝 프로세스는 시스템의 장기적인 신뢰성을 개선하기 위해 사용된다.
전원 전압은 레귤레이터의 기준 입력 (전압 레귤레이터 모듈의 경우)을 조정하고, 전압 레귤레이터의 피드백 루프를 변경하거나, "브릭" 전원의 트림 입력을 조정하거나, 또는 인터페이스를 통해 레귤레이터를 프로그래밍하여 조정될 수 있다. 다양한 정도의 마지닝 제어가 있다. 한 가지 방법은 전원이 일정한 고정량 (예를 들어, ±5% 또는 ±10%)만큼 증가/감소되는 "전체 또는 없음(all or nothing)" 접근방식이다. 또 다른 좀더 정확한 방식은 전원 전압을 더 작은 단계로 (예를 들어, 10mV 또는 100mV) 증가 또는 감소시켜 시스템 성능을 더 자세히 평가할 수 있다. 정상 동작 시, 또는 마지닝 프로세스 시 시스템 전압에 대한 더 자세한 정보를 얻으려면 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 사용하여 이러한 값을 정확히 측정하면 된다. µC를 제어하는 POR은 시스템이 재설정되는 것을 방지하기 위해 마지닝 프로세스 동안 디스에이블되어야 한다.
이러한 마지닝 기능은 대형 시스템에서 수행될 경우 상당히 지루할 수 있다. 사용자는 모니터링 및 시퀀싱 작업과 함께 여러 개의 수퍼바이저 소자를 사용하여 마지닝 프로세스를 관리할 수 있다. 그러나 이 접근방식은 문제 발생의 소지가 있다. 소요되는 IC 및 추가 보드 공간의 비용 외에도 전원 전압 레벨의 변경 또는 이러한 전원의 시퀀싱 순서를 수용하기 어렵다. 필수 설계 변경이 사소한 일이 아니기 때문이다.
통합 시스템 관리 소자
이러한 모니터링 및 시퀀싱 문제를 최소화하는 한 가지 방법은 MAX6870과 같은 완벽하게 통합된 EEPROM 구성 가능 시스템 관리 소자를 사용하는 것이다. 이러한 유형의 IC는 시스템 전원 감시 및 시퀀싱과 마지닝 프로세스 단순화에 필요한 기능들을 통합한다. MAX6870은 여러 입력에서 손쉽게 전압 임계값을 변경할 수 있고, 순서에 상관 없이 출력을 시퀀싱하고, 출력의 구조를 푸시 풀, 오픈 드레인 또는 차지 펌프 향상으로 구성할 수 있는 유연성을 제공한다. 또한 디지털 입력 및 출력은 액티브 하이 또는 액티브 로우 로직을 위해 구성될 수 있다. 더욱이 출력은 디스에이블되거나 마지닝 프로세스 과정에서 사전 설정된 상태로 설정될 수 있다.
그림 1은 MAX6870의 기능을 묘사한 블록 다이어그램이다. 이 소자의 6개 입력은 무엇보다 시스템의 다양한 전원 전압을 감시할 수 있다. 사용자가 각각의 입력에 대해 프로그래밍할 수 있는 2개의 임계값 레벨은 2개의 저전압 조건 또는 저전압 및 과전압 조건을 검출하도록 (즉, 윈도우 검출기) 설정될 수 있다. 이러한 임계값 레벨은 I2C* 인터페이스를 통해 프로그래밍되며 구성 EEPROM에 저장된다. 사용자는 자신이 선택하는 임계 전압 범위에 따라 10mV와 20mV씩 증가하는 0.5V ~ 5.5V 범위의 임계값을 지정할 수 있다. 하나의 입력 IN1이 13.2V의 높은 전압을 감시할 수 있으므로 12V (또는 이하의) 시스템 버스 전압이 직접 감시될 수 있다. 두 번째 입력 IN2는 두 번째 고전압 또는 (-) 전압을 감시한다. 나머지 입력 IN3-IN6은 0.5V ~ 5.5V 레벨의 전원 전압을 감시한다.
큰 이미지 보기
그림 1. 이 IC는 여러 개의 전원을 감시 및 시퀀싱할 수 있는 한편, ADC 읽기 능력을 제공한다. 내부 EEPROM은 임계값, 타이밍, 로직 의존성 및 출력 구조와 같은 주요 파라미터의 손쉬운 조정을 가능하게 해준다.
내부 멀티플렉서는 2개의 보조 입력과 함께 6개의 검출기 입력을 10비트, 1% 정확도를 갖춘 ADC로 라우팅한다. 이 ADC는 이러한 8개 입력의 각각에서 디지털 방식으로 처리된 전압 버전을 내부 레지스터에 기록한다. I2C 인터페이스를 통해 제공되는 이러한 저장된 값은 전원 출력을 조정하거나 시스템 전압의 장기적 안정성을 점검할 때 일반적으로 마지닝 프로세스에서 사용된다. 또한 2개의 보조 입력을 사용함으로써 전류 감지 증폭기 또는 온도 센서로부터 비롯된 아날로그 출력 등 2개의 추가 전압을 판독할 수 있다.
이 소자는 IN3-IN6의 전압이 최소 동작 전압인 2.7V를 초과하거나 IN1이 4V를 초과할 때 동작한다. 이러한 핀은 모두 그림 1에서 표시된 다이오드를 통해 소자에 전력을 공급할 수 있다.
6개의 검출기 입력 및 4개의 범용 입력(GPI)은 프로그래밍 가능 어레이 로직 내에서 설정된 연결에 따라 8개의 출력 중 하나를 설정할 수 있다. 또한 출력은 소자의 다른 출력에 의해 제어되거나, 입력 및 출력 신호를 혼합하여 제어될 수 있다. 각 출력의 타이밍 지연은 독립적으로 프로그래밍이 가능하며 IC의 EEPROM에 저장될 수 있다.
출력도 구성 가능하다. 출력은 내부 또는 외부 풀 업을 가진 오픈 드레인 출력으로, 또는 IC 내부에서 감시되는 전원 전압 중 하나에 연결될 수 있는 푸시 풀 출력으로서 설정될 수 있다. 모든 출력은 액티브 로우 또는 액티브 하이일 수 있다. 또한 위에서 언급한 바와 같이 서로 다른 입력 및 출력 조합을 통해 특정 출력을 구동할 수 있다. 즉, MAX6870의 프로그래밍 가능 어레이 로직은 매우 다양한 연결을 허용한다. 예를 들어, OUT2는 IN2에 의해 또는 OUT1에 의해 제어될 수 있다. 이러한 유형의 연결은 OUT1 신호에 의해 전력이 공급되는 전원이 OUT2 신호에 의해 전력이 공급되는 전원 이전에 나타날 때 유용하다.
MAX6870은 또한 OUT1-OUT4가 추가 전원 전압 필요 없이 외부 n채널 통과 요소를 최대한 향상시킬 수 있도록 해주는 내부 차지 펌프를 포함하고 있다. 이 소자의 다른 기능으로는 구성 가능한 워치독 타임아웃 및 시동 지연을 갖는 2개의 워치독 타이머가 있다. 워치독 타이머의 시동 지연 기능은 리셋 조건 후 긴 지연을 제공한다. 이러한 지연은 시스템 안정화 프로세스를 위한 추가 시간을 허용하므로 메모리가 업로드되고 소프트웨어 루틴이 최대한 로드된다.
수동 리셋 입력은 테스트 기술자가 수동으로 IC의 모든 출력을 하이 상태로 놓도록 허용한다. 소자의 마진 입력은 현재 상태에서 출력을 래치하여 시스템이 마진 프로세스 동안 재설정되는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다. 마진 입력은 또한 관련 EEPROM 레지스터를 프로그래밍하여 출력을 사전 결정된 상태로 설정하는 데에도 사용된다. MAX6870은 또한 직렬 보드 식별, 보드 개정 내역 및 기타 프로그래밍 정보와 같은 항목을 저장하기 위한 4kb의 사용자 EEPROM을 제공한다.
이 외에도 MAX6870은 구성 레지스터와 구성 EEPROM을 포함하고 있다. 프로젝트의 프로토타이핑 단계에서 사용자는 구성 레지스터에 업데이트를 기록하여 즉각적인 변경을 할 수 있다. 이러한 변경이 수용될 경우, 사용자는 이것들을 구성 EEPROM에 기록할 수 있다. 저장된 EEPROM 구성을 리로드(reload)하기 위해 시스템은 소프트웨어 재시동(reboot) 또는 완전한 하드웨어 재시동(reboot)을 통해 재시동될 수 있다. 구성 EEPROM은 재시동 단계 동안 구성 레지스터로 자체 데이터를 다운로드한다.
MAX6870의 EV 킷
MAX6870의 구성 프로세스를 단순화하기 위해 사용자가 컴퓨터 화면을 클릭하여 정확한 구성 정보를 로드할 수 있게 해주는 EV 킷이 제공된다. 각 화면에서 사용자는 레지스터 테이블을 참조하지 않고도 소자의 부품을 구성할 수 있다. 화면에서 사용자는 출력 구성은 물론, 임계값 레벨, 타이밍 지연, 로직 동작 상태 (액티브 로우/액티브 하이) 및 로직 입력 구성을 설정할 수 있다.
그림 2는 MAX6870 평가 소프트웨어에서 비롯된 주 구성 화면을 보여준다. 사용자는 블록 다이어그램 내 블록을 클릭하거나 탭을 클릭하면 된다. 블록 하나를 클릭하면 해당 특정 블록을 구성할 수 있다. 탭을 클릭하면 특정 기능과 관련된 화면이 나타난다. 예를 들어, 전압 모니터 탭(그림 3)을 선택할 경우, 나타나는 화면에서 쉽게 임계값을 선택하고 입력을 구성할 수 있다. 또는 출력 탭(그림 4)을 클릭하면 출력 상태를 결정하는 로직 조건을 설정할 뿐 아니라, 출력을 오픈 드레인, 푸시 풀 또는 차지 펌프 향상으로 설정할 수 있다.
그림 2. 해당 상자 또는 탭을 클릭하여 임계값, 지연, 출력 구성 및 로직을 설정한다.
그림 3. 전압 모니터 탭을 클릭하여 각 입력에 대해 입력이 2개의 저전압 레벨을 감시할 것인지 또는 저전압 및 과전압 레벨을 감시할 것인지 결정할 수 있다. 사용자는 또한 임계값을 설정하고 가시화된 디지털 입력을 선택할 수 있다.
그림 4. 출력 탭을 클릭하여 각 출력을 오픈 드레인, 푸시 풀 또는 차지 펌프 향상으로 구성할 수 있다. 각 출력은 IC의 프로그래밍 가능 로직 어레이에 연결되고 다른 출력을 제어하는 데 사용될 수 있다.
일단 소자의 구성이 완료되면 사용자는 구성 데이터를 EEPROM에 저장할 수 있다. 또한 이 데이터는 파일로 저장되어 다른 소자로 로드될 수 있다. 물론 I2C 인터페이스를 통해 직접 모든 구성 레지스터 및 구성 EEPROM에 기록할 수도 있다. MAX6870의 데이터 시트는 이러한 일을 수행하는 데 필요한 값을 제공한다. 그러나 이 접근방식은 더 많은 시간이 소요되고 오류 발생율이 높다.
의견을 보내주세요!
위 내용이 도움이 되셨나요?
여러분의 의견을 기다립니다 — Maxim은 보내주신 정정이나 제안사항을 반영하고 있습니다.
이 페이지를 평가하고 의견을 보내주십시오.
자동 업데이트
관심있는 분야의 애플리케이션 노트가 나올 때 자동으로 업데이트 받고 싶으세요? 그렇다면 EE-Mail™을 신청하십시오.
| 추가 정보 | |
APP 3493: Dec 27, 2005
|
|
|
|
 다운로드, PDF 형식 (66kB)
AN3493,
AN 3493,
APP3493,
Appnote3493,
Appnote 3493
|
|
