MAX5954：PCI Express熱插拔控制器的卓越之選

在PCI Express應(yīng)用領(lǐng)域，熱插拔控制器的性能直接影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的MAX5954單PCI Express熱插拔控制器，它在PCI Express熱插拔控制方面表現(xiàn)出色，為服務(wù)器、工作站等設(shè)備提供了強大的支持。

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產(chǎn)品概述

MAX5954專為PCI Express應(yīng)用設(shè)計，能為單個PCI Express插槽的12V、3.3V和3.3V輔助電源提供熱插拔控制。其邏輯輸入/輸出可直接與系統(tǒng)熱插拔管理控制器連接，也能通過SMBus與外部I/O擴展器連接。同時，集成的去抖注意開關(guān)和存在檢測信號簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

關(guān)鍵特性剖析

電源控制與驅(qū)動

• 多電源支持：該控制器驅(qū)動兩個外部n溝道MOSFET來控制12V和3.3V主輸出，3.3V輔助輸出則通過內(nèi)部0.3Ω n溝道MOSFET控制。內(nèi)部電荷泵為12V輸出提供柵極驅(qū)動，3.3V輸出的柵極驅(qū)動由12V輸入電源提供，3.3V輔助輸出有獨立的電荷泵，與主輸出完全獨立。
• 上電與限流機制：上電時，在所有電源電壓升至各自的欠壓鎖定（UVLO）閾值以上之前，外部MOSFET保持關(guān)斷狀態(tài)；對于內(nèi)部MOSFET，僅在3.3VAUXIN電源升至其UVLO閾值以上前保持關(guān)斷。接收到開啟命令后，MAX5954以恒定柵極電流緩慢增強外部和內(nèi)部MOSFET，從而限制電源浪涌電流。

保護機制

• 過流保護：該設(shè)備能實時主動限制所有輸出的電流。若過流情況持續(xù)時間超過可編程的過流超時時間，設(shè)備將關(guān)閉輸出。
• 過熱保護：熱保護電路在芯片溫度超過+150°C時，會關(guān)閉所有輸出。對于過流或過熱故障情況，MAX5954L會鎖定關(guān)閉，而MAX5954A會在重啟時間延遲后自動重啟。

其他特性

• 符合PCI Express標準：確保與PCI Express系統(tǒng)的兼容性。
• 集成功率MOSFET：用于輔助電源軌。
• 可編程功能：包括可編程電流限制超時、可編程電源開啟復(fù)位（POR）時間等。
• 狀態(tài)信號輸出：提供PWRGD信號輸出和鎖存FAULT信號輸出。
• 去抖功能：注意開關(guān)輸入/輸出具有4.4ms去抖功能。
• 支持多種控制方式：可通過SMBus與I/O擴展器進行控制。

電氣特性解讀

電源電壓范圍與電流

• 12V電源：12V電源電壓范圍為10.8V - 13.2V，12VIN欠壓鎖定閾值為9.5V - 10.5V。在12VIN = 13.2V時，12VIN電源電流典型值為0.5mA，最大值為1mA。
• 3.3V電源：3.3V電源電壓范圍為3.0V - 3.6V，3.3S+欠壓鎖定閾值為2.52V - 2.78V。3.3VAUXIN電源電壓范圍同樣為3.0V - 3.6V，在3.3VAUXIN = 3.6V時，3.3VAUXIN電源電流典型值為1.5mA，最大值為3mA。

控制參數(shù)

• 電流限制閾值：12V電流限制閾值（V12S+ - V12S-）典型值為54mV，3.3V電流限制閾值（V3.3S+ - V3.3S-）典型值為20mV，3.3VAUXO電流限制閾值典型值為470mA。
• 柵極充電與放電電流：12G和3.3G柵極充電電流典型值均為5μA，放電電流在不同條件下有相應(yīng)的取值范圍。

邏輯信號特性

• 輸入邏輯閾值：ON、FON、AUXON、PRES-DET、INPUT等輸入邏輯閾值上升沿為1.0V - 2.0V，具有25mV滯后。
• 輸出特性：PWRGD和FAULT輸出低電壓在不同灌電流條件下有不同值，輸出高泄漏電流最大值為1μA。

引腳功能詳解

應(yīng)用與設(shè)計要點

啟動條件

• 主電源輸出：V3.3VAUXIN高于其UVLO閾值，V12VIN和V3.3S+均高于其UVLO閾值，ON驅(qū)動為高電平，PRES-DET低電平持續(xù)超過5ms。
• 輔助電源輸出：V3.3VAUXIN高于其UVLO閾值，AUXON驅(qū)動為高電平，PRES-DET低電平持續(xù)超過5ms。FON輸入低電平時可覆蓋其他控制信號，開啟PCI Express插槽。

正常操作與故障管理

• 正常操作：啟動后，MAX5954監(jiān)控并限制12V和3.3V輸出電流，若電流超過過流閾值持續(xù)tFAULT時間，F(xiàn)AULT信號激活，關(guān)閉相應(yīng)輸出。輔助輸出同樣進行內(nèi)部監(jiān)控和限流。
• 故障管理：主輸出或輔助輸出出現(xiàn)過流或過熱故障時，根據(jù)不同型號（MAX5954A或MAX5954L）有不同的處理方式。MAX5954A在tRESTART周期后自動重啟，MAX5954L則鎖定關(guān)閉，需特定操作復(fù)位故障。

應(yīng)用設(shè)計要點

• 故障超時時間設(shè)置：通過連接電阻RTIM從TIM到GND來編程過流或過熱故障的超時時間tFAULT，計算公式為(t{FAULT }=166 ns / Omega × R{TIM})。同時要根據(jù)連接到12G和3.3G的總電容負載選擇合適的tFAULT。
• 電源開啟復(fù)位時間設(shè)置：通過連接電阻RPORADJ從PORADJ到GND來編程PWRGD拉低的時間tPORHL，計算公式為(t{PORHL} =2.5 mu s / Omega × R{PORADJ})。
• 組件選擇：根據(jù)應(yīng)用電流要求選擇外部n溝道MOSFET，確保其RDS ON足夠低以降低滿載時的電壓降。同時要考慮MOSFET在短路情況下的功率額定要求。
• 電容設(shè)計：可在外部MOSFET的柵極到GND之間添加外部電容，以減緩12V和3.3V輸出的dV/dt。要注意最大負載電容的計算，避免因電容過大導(dǎo)致故障，計算公式為(C{LOAD }{SU } × I{LIM}}{V{OUT }})。