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ZL2106
zl2106是一款创新的功率转换和管理芯片，它将集成同步降压dc/dc转换器与关键的功率管理功能集成在一个小封装中，从而形成一个灵活和集成的解决方案。
ZL2106可以提供从0.54V到5.5V（带裕度）的输出电压，从4.5V到14V之间的输入电压。内部低rds（on）同步功率mosfet使ZL2106能够高效地提供高达6A的连续负载。内部肖特基自举二极管减少了分立元件的数量。ZL2106还支持相位扩展以减少系统输入电容。
电源管理功能，如数字软启动延迟和斜坡，排序，跟踪和保证金可以配置简单的引脚捆绑或通过芯片串行端口。ZL2106使用PMBus协议与主机控制器进行通信，使用数字直流总线在其他Zilker实验室设备之间进行互操作。
特征
集成mosfet开关
6A连续输出电流
输出电压精度为±1%
参数捕捉快照
I2C/SMBus接口，与PMBus兼容
内部非易失性存储器（NVM）
电信、网络、存储设备
测试和测量设备
工业控制设备
5V和12V分布式电源系统
典型应用电路下面的应用电路代表了zl2106的典型实现。对于pmbus操作，建议将使能引脚（en）连接到sgnd。
铁氧体磁珠可用于抑制输入噪声。
DDC总线上拉电阻将根据总线的电容性负载（包括连接的设备数量）而变化。10 kΩ默认值，假设每个设备的最大值为100 pF，提供必要的1微秒上拉上升时间。
12V至3.3V/6A应用电路（5ms SS延迟，5ms SS斜坡）
方块图
ZL2106概述
数字直流架构
ZL2106是一款创新的混合信号功率转换和功率管理集成电路，基于Zilker实验室获得专利的数字直流技术，为负载点应用提供集成的高性能降压转换器。zl2106集成了所有必要的pwm控制电路和低rds（on）同步功率mosfet，为高达6a的负载电流提供了一个非常小的解决方案。
其独特的pwm回路采用了理想的模拟和数字模块组合，无需软件就能精确控制整个功率转换过程，从而形成了一个非常灵活的设备，也非常易于使用。一组广泛的电源管理功能完全集成，可以使用简单的管脚连接进行配置。用户配置可以保存在内部非易失性存储器（nvm）中。此外，所有功能都可以使用标准pmbus命令通过smbus硬件接口进行配置和监控，从而实现最大的灵活性。
一旦启用，zl2106立即准备好调节功率，并在不需要编程的情况下执行功率管理任务。如果需要，可以通过I2C/SMBus接口提供高级配置选项和实时配置更改，并且可以通过主机控制器的最小交互持续监视多个操作参数。集成的次级调节电路可以在4.5V和14V之间的任何外部电源上进行单电源操作，无需二次偏置电源。ZL2106还可以配置为在主电源轨不存在时从3.3V或5V备用电源运行，允许用户在主电源中断或禁用时配置和/或从设备读取诊断信息。
ZL2106可以根据以下章节提供的表格，通过简单地连接其管脚来配置。此外，还提供了一套全面的应用说明，以帮助简化设计过程。评估板也可以帮助用户熟悉设备。可以使用pin配置设置将此板评估为独立平台。此外，还提供了一个基于Windows8482;的图形用户界面，使用可用的计算机和附带的USB电缆，通过I2C/SMBus接口启用完整的配置和监视功能。
功率转换概述
zl2106作为电压模式的同步buck变换器，具有可选的恒频脉冲宽度调制器（pwm）控制方案。这个zl2106集成了双低rds（on）同步mosfet，最大限度地减少了电路的占地面积。
主要动力传动系部件的基本同步降压变换器拓扑。这种转换器也称为降压转换器，因为输出电压必须始终低于输入电压。
zl2106集成了两个n沟道功率mosfet；qh是顶部控制mosfet，ql是底部同步mosfet
当qh关断（时间1-d）时，流过电感的电流必须继续从地面向上流过ql，在此期间电流逐渐下降。由于输出电容器在开关频率处不能表现出低阻抗，因此电感电流的交流分量被从输出电压中滤除，因此负载几乎看到直流电压。
通常，buck变换器指定最大占空比，该占空比有效地限制了在给定输入电压和开关频率下可实现的最大输出电压。这个占空比限制确保在每个开关周期中，允许低压侧mosfet开启最短时间，这使得bootstrap电容器能够充电，并为高压侧mosfet提供足够的栅极驱动电压。
一般来说，元件l1和cout的尺寸以及电路的整体效率与开关频率fsw成反比。因此，可以通过以尽可能低的频率切换mosfet来实现最高效率的电路；然而，这将导致最大的组件尺寸。相反，可以通过以尽可能快的频率进行切换来实现最小的可能占用空间，但这会降低效率。在确定每个应用的开关频率时，每个用户应确定大小和效率的最佳组合
ZL2106在该电路中，通过将vsen引脚直接连接到输出调节点来调节目标输出电压。然后将vsen信号与用户设置为所需输出电压电平的内部参考电压进行比较。通过模拟-数字（A/D）转换器将从该比较得到的误差信号转换为数字值。数字信号也被应用于可调数字补偿滤波器，并且补偿信号被用于导出适当的pwm占空比，以产生所需输出的方式驱动内部mosfet。
电源管理概述
zl2106集成了一系列可配置的电源管理功能，这些功能在没有附加组件的情况下易于实现。此外，ZL2106还具有电路保护功能，可连续保护设备和负载免受意外系统故障造成的损坏。ZL2106可连续监测输入电压、输出电压/电流和内部温度。还包括功率良好的输出信号，以启用外部处理器的上电复位功能。
所有电源管理功能都可以使用引脚配置技术或通过I2C/SMBus接口进行配置。还可以预先配置监视参数，以便为特定条件提供警报。
多模管脚为了简化电路设计，zl2106采用了专利的多模管脚，使用户无需编程即可轻松配置设备的许多方面。大多数电源管理功能都可以使用这些管脚进行配置。多模管脚可以响应四种不同的连接。这些管脚在通电时或通过发出pmbus restore命令
针带设置
这是最简单的方法，因为不需要额外的组件。使用此方法，每个管脚可以呈现三种可能的状态之一：低、开或高。这些引脚可以连接到V2P5引脚进行逻辑高设置，因为该引脚提供高于2V的调节电压。使用单个引脚可以选择三种设置中的一种。
电阻器设置
这种方法允许在多模管脚和sgnd之间连接一个有限值电阻（在指定范围内）时有更大的可调整范围。
使用标准的1%电阻值，并且只使用第四个E96电阻值，因此设备能够可靠地识别连接到管脚的电阻值，同时消除与电阻精度相关的误差。使用一个电阻器最多可选择31个唯一选项。
I2C/SMBus方法
zl2106功能可以使用标准pmbus命令通过i2c/smbus接口配置。此外，使用针带或电阻器设置方法配置的任何值也可以通过i2c/smbus重新配置和/或验证。
smbus设备地址和vout_max是必须由外部管脚设置的唯一参数。所有其他设备参数可以通过i2c/smbus设置。设备地址是使用sa pin设置的。Vout_max被确定为比VSET引脚设置的电压大10%。
建议对所有可用的设备参数使用电阻管脚带，以便在通过I2C/SMBus存储配置之前进行安全的初始通电。例如，这可以通过pin将欠压锁定阈值（使用ss pin）绑定到大于预期输入电压的值来实现，从而防止设备在加载配置文件之前启用。
功率转换功能描述
内部偏压调节器和输入电源
连接
ZL2106采用三个内部低压差（LDO）稳压器为内部电路提供偏置电压，允许它从一个输入电源运行。内部偏压调节器如下：
vr:vr ldo为高侧mosfet驱动电路提供一个稳定的7v偏置电源。它由vdds引脚供电，内部提供偏置电流。vr引脚需要4.7μf的滤波电容器。vdds管脚直接为低压mosfet驱动电路供电。
VRA:VRA LDO为电流检测电路和其他模拟电路提供一个稳定的5V偏置电源。它由vdds引脚供电，内部提供偏置电流。VRA引脚需要4.7μF的滤波电容器。
V2P5:V2P5 LDO为主控制器电路提供可调节的2.5V偏置电源。它由VRA LDO供电，内部提供偏置电流。V2P5引脚需要10μF的滤波电容器。
当输入电源（VDD）高于7.5V时，不应将虚拟现实和虚拟现实引脚连接到任何其他引脚。这些引脚只应连接一个滤波电容器。由于与vr和vr a偏置稳压器相关的压降，对于在低于7.5v的电源下工作的设计，vdds引脚必须连接到这些引脚。图14说明了所有情况下所需的连接。
注：内部偏压调节器，vr和vra，不是为其他电路供电而设计的输出。不要将外部负载连接到这些销上。只有多模管脚可以连接到V2P5管脚进行逻辑高设置。
高压侧驾驶员增压电路
高压侧mosfet驱动器的栅极驱动电压由一个浮动引导电容cb产生，当下mosfet（ql）打开时，sw节点被拉到地上，电容器通过二极管db从内部vr偏置调节器充电。当ql关断，上mosfet（qh）打开时，sw节点被拉到vddp，引导电容器上的电压被提升到vddp以上约6.5v，以提供必要的电压为高压侧驱动器供电。内部肖特基二极管与CB一起使用，以帮助最大化高侧驱动电源电压。
输出电压选择
输出电压可以设置为0.6v到5.0v之间的任何电压，前提是输入电压高于所需输出电压，其量足以防止装置超过其最大占空比规格。使用针带法，可以将VOUT设置为表2中所示的三个标准电压之一。
功率良好（pg）
ZL2106提供功率良好（PG）信号，指示输出电压在其目标电平的指定公差范围内，且不存在故障条件。默认情况下，如果输出在目标电压的+15%/-10%范围内，PG引脚将断言。这些限制可以通过i2c/smbus接口更改。
pg延迟期是指从满足断言pg的所有条件到实际断言pg pin的时间。此功能通常用于代替外部重置控制器，以在启用任何供电电路之前，向电源发出其目标电压的信号。默认情况下，zl2106 pg延迟设置为1毫秒，可以使用i2c/smbus接口进行更改，如an2033所述。
开关频率和锁相环
ZL2106采用内部锁相环（PLL）对内部电路进行时钟。pll可以由连接到同步管脚的外部时钟源驱动。当使用内部振荡器时，sync pin可以配置为其他zilker实验室设备的时钟源。
当同步管脚被配置为输出时（cfg管脚被固定在高位），设备将从其内部振荡器运行，并将产生的内部振荡器信号（预设为400kHz）驱动到同步管脚上，以便其他设备可以与之同步。在此模式下，不会检查同步管脚是否有传入的时钟信号。
配置B：配置B：同步输入
同步管脚配置
当同步管脚被配置为输入时（cfg管脚被限制在低位），每次确认en管脚时，设备将自动检查同步管脚上的外部时钟信号。然后，内部振荡器将与外部时钟的上升沿同步。输入的时钟信号必须在200kHz到1MHz的范围内，具有最小的占空比，并且在断言EN引脚时必须稳定。外部时钟信号还必须具备必要的性能要求。
在外部时钟信号丢失的情况下，输出电压可能显示瞬态过/过冲。如果发生这种情况，ZL2106将自动切换到其内部振荡器，并以接近先前输入频率的频率切换。
配置C：同步自动检测
当同步管脚配置为自动检测模式（cfg管脚保持打开状态）时，设备将在断言enable后自动检查同步管脚上的时钟信号。如果存在有效的时钟信号，则ZL2106振荡器将与外部时钟的上升沿同步（请参阅同步输入说明）。
如果不存在输入时钟信号，则zl2106将根所列的同步管脚的状态来配置开关频率。在此模式下，ZL2106将只在启动序列期间读取同步管脚连接。对同步管脚连接的更改不会影响FSW，直到电源（VDD）循环关闭和再次打开。
电源管理功能描述
输入欠压锁定
当输入低于预设阈值时，输入欠压锁定（uvlo）防止zl2106工作，指示输入电源超出其指定范围。根据表6，可以使用SS引脚将紫外线阈值（Vuvlo）设置为4.5V或10.8V。
uvlo电压也可以通过i2c/smbus接口设置为2.85v到16v之间的任何值。
一旦发生输入欠压故障，设备可以通过以下多种方式响应：
1. 不间断地继续运行。
2. 在给定的延迟时间内继续运行，如果故障仍然存在，则关闭。设备将一直处于关机状态，直到指示重新启动。
3. 启动立即关机，直到故障清除。用户可以选择特定的重试次数。
uvlo故障的默认响应是立即关闭设备。有关如何配置uvlo阈值或通过i2c/smbus接口选择特定uvlo故障响应选项的详细信息
输出过电压保护
ZL2106提供内部输出过电压保护电路，可用于保护敏感负载电路不受高于其规定限值的电压的影响。硬件比较器用于将实际输出电压（在vsen引脚上看到）与设置为比目标输出电压（默认设置）高15%的阈值进行比较。如果vsen电压超过此阈值，pg pin将取消断言，然后设备可以以下多种方式响应：
1. 启动立即关机，直到故障清除。用户可以选择特定的重试次数。
2. 关闭高侧mosfet并打开低侧mosfet。低压侧mosfet保持开启，直到设备尝试重启。过电压故障的默认响应是立即关闭。对于从外部时钟运行时的连续过电压保护，唯一允许的响应是立即关闭。有关如何通过I2C/SMBus选择特定过电压故障响应选项的详细信息
输出预偏压保护
当电源的控制ic启用之前，电源的输出上存在外部施加的电压时，存在输出预偏压条件。某些应用要求，如果在输出端存在预偏压条件，则不允许转换器在启动期间吸收电流。ZL2106通过在启动输出斜坡之前采样输出电压来提供预偏压保护。
如果在预配置的延迟期结束后存在低于目标电压的预偏置电压，则将目标电压设置为与现有预偏置电压匹配，并启用两个驱动器。然后，输出电压以ss管脚设定的斜坡速率斜坡至最终调节值。
输出从预偏压到目标电压的实际斜坡时间将取决于预偏压，但从延迟期到期到输出达到目标值所经过的总时间将与预配置的斜坡时间相匹配。
如果在预配置的延迟周期结束后存在高于目标电压的预偏置电压，则将目标电压设置为与现有预偏置电压匹配，并且两个驱动器都启用了理想情况下会产生预偏置电压的pwm占空比。
一旦预配置的软启动斜坡期结束，PG引脚将被断言（假设预偏压不高于过电压极限）。然后，脉宽调制将调整其占空比，以匹配原始目标电压，输出将下降到预先配置的输出电压
预偏压输出响应
电压
如果存在高于过电压限值的预偏压，设备将不会启动启动序列，并将宣布存在过电压故障条件。在这种情况下，设备将根据已选择的输出过电压故障响应方法进行响应。
输出过流保护
如果输出对地短路或对输出施加过载条件，ZL2106可以保护电源不受损坏。一旦选择了电流极限阈值（参见第19页的“电流感应和电流极限阈值选择”），用户可以根据故障条件确定所需的动作过程。以下过电流保护响应选项可用：
1. 启动关机并尝试无限次重新启动，两次尝试之间有一个预设的延迟期。
2. 启动关机并尝试在两次尝试之间的预设延迟时间内重新启动预设次数。
3. 在给定的延迟时间内继续运行，如果故障仍然存在，则关闭。
4. 通过故障继续工作（这可能导致电源永久损坏）。
5. 立即关闭。
6. 过电流故障的默认响应是立即关闭设备。有关如何通过I2C/SMBus选择特定过电流故障响应选项的详细信息，请参阅应用说明AN2033。
热过载保护
ZL2106包括一个片上热传感器，该传感器连续测量模具的内部温度，当温度超过预设极限时将关闭设备。出厂默认温度限制设置为+125°C，但如果需要，用户可以将该限制设置为其他值。详见申请说明AN2033。请注意，通过I2C/SMBus接口设置较高的热限制可能会导致设备永久损坏。一旦设备由于内部温度故障而被禁用，用户可以选择以下几种故障响应选项之一：
1. 启动关机并尝试无限次重新启动，两次尝试之间有一个预设的延迟期。
2. 启动关机并尝试在两次尝试之间的预设延迟时间内重新启动预设次数。
3. 在给定的延迟时间内继续运行，如果故障仍然存在，则关闭。
4. 通过故障继续工作（这可能导致电源永久损坏）。
5. 立即关闭。
如果用户已将设备配置为重新启动，则设备将等待预设的延迟时间（如果配置为这样做），然后检查设备温度。如果温度已降至低于低于所选温度故障极限约+15°C的阈值，则设备将尝试重新启动。如果温度仍然超过故障限制，设备将等待预设的延迟时间，然后重试。
温度故障的默认响应是立即关闭设备。有关如何通过I2C/SMBus选择特定温度故障响应选项的详细信息，请参阅应用说明AN2033。
电压跟踪
许多高性能系统对电源电压的开启顺序提出了严格的要求。这在为需要多个电源电压才能为单个芯片供电的fpgas、asic和其他高级处理器设备供电时尤其如此。在大多数情况下，I/O接口的工作电压高于核心，因此根据制造商的规范，核心电源电压不得超过I/O电源电压。
电压跟踪通过在通电和断电过程中限制多个电源之间的差分电压来保护这些敏感的集成电路。zl2106集成了一种无损跟踪方案，该方案允许其输出跟踪施加到vtrk引脚的电压，而无需附加组件。vtrk引脚是一个模拟输入，当跟踪模式启用时，它将施加到vtrk引脚的电压配置为用作设备输出调节的参考。
1. 重合. 此模式将ZL2106配置为以与施加到VTRK引脚的电压相同的速率提升其输出电压。
2. 比率法. 此模式将ZL2106配置为以施加到VTRK管脚的电压百分比的速率提升其输出电压。默认设置为50%，但可以使用外部电阻来配置不同的跟踪比。
跟踪组中的主设备定义为组中目标输出电压最高的设备。此主设备将控制所有跟踪设备的斜坡速率，并且未配置为跟踪模式。必须使用ss pin将至少10ms的延迟配置到主设备中，并且用户还可以使用ss pin配置特定的斜坡速率。
为跟踪模式配置的任何设备都将忽略其软启动延迟和斜坡时间设置（SS引脚），其输出将呈现在VTRK引脚上的参考电压的开/关特性。跟踪组中的所有启用管脚必须连接在一起并由单个逻辑源驱动。
也可以通过i2c/smbus接口使用track_config pmbus命令配置跟踪模式。
电压裕度
ZL2106提供了一种简单的方法来改变其输出高于或低于其额定电压设置，以确定负载设备是否能够在其指定的电源电压范围内工作。mgn命令通过驱动mgn pin或通过i2c/smbus接口设置。MGN管脚是一个连续监控的三电平输入，可由处理器I/O管脚或其他逻辑电平输出直接驱动。
当mgn命令设置为高时，zl2106的输出将强制高于其标称设定值，当mgn命令设置为低时，输出将强制低于其标称设定值。Vnom±5%的默认裕度限值在工厂预加载，但裕度限值可以通过I2C/SMBus接口修改为高达Vnom+10%或低至0V，其中Vnom是由VSET引脚确定的标称输出电压设定值。安全特性防止用户在任何情况下将输出电压配置为超过vnom+10%。
