利用在線診斷和線路內黑盒，問題可得到緩解，而且從長期來看，這些問題會使設計更加魯棒并增進廠商對系統的了解。線路內黑盒具有一個數據記錄儀，用于記錄關鍵事件或中斷發生之前電源的所有相關和重要的信息。除電源之外，很容易將這個概念應用于其他系統。

　　黑盒工作原理

　　ADP1055的黑盒特性可將引起系統關斷的故障相關重要數據記錄到EEPROM中。黑盒診斷工具有兩個重要功能：第一，第一標志ID特性記錄第一次發生的故障，例如過流、過壓和過溫引起的故障；第二，當控制器遇到此類故障時，獲取遙測快照（如圖1所示）。此信息被保存到嵌入式非易失性EEPROM，以后進行診斷時可以讀取。若有多個故障，黑盒會捕捉第一個引起系統關斷的故障標志ID以及所有遙測信息。

　　圖1. GUI中的黑盒標志，顯示VOUT OV FAST故障為第一個故障ID

　　由于數字控制電源會測量多個參數，ADP1055采用專用的（非多路復用）Σ-Δ型ADC，針對每次電壓、電流和溫度等的測量取時間平均值，以確保獲取準確數據，并在關斷時測得的數量記錄至黑盒中。

　　在測試和評估期間，黑盒特性對排除系統故障尤為有用。如果召回某系統進行故障分析，那么可以從EEPROM中讀取這些信息來協助調查產生故障的根本原因。

　　針對黑盒記錄提供了多種選項，包括：不記錄，黑盒禁用；僅記錄最終關斷前的遙測信息；記錄最終關斷的遙測信息和所有間歇性重試嘗試（若設備設為關斷和重試）；使用CTRL引腳或OPERATION命令（參見PMBus說明）記錄最終關斷、所有重試嘗試和正常掉電操作的遙測信息

　　黑盒內容

　　EEPROM中有兩頁（Page A和Page B）專用于存儲黑盒內容?？偣部梢源鎯?6條記錄，每頁8條記錄，每條64字節。兩頁組成循環緩沖器，用于記錄黑盒信息，其中的數據每過16條記錄就會被覆蓋。

　　EEPROM是一種頁面擦除存儲器，這意味著寫入頁面前，必須先擦除整頁內容。由于EEPROM的頁面要求擦除，因此在寫入任意頁面的第8條記錄后，下一頁自動擦除，以便連續進行黑盒記錄。

　　每次將一條記錄寫入黑盒時，器件便會遞增記錄編號。每次黑盒寫操作都會記錄圖1和圖2中列出的PMBus和制造商特定寄存器。

　　圖2. GUI顯示的黑盒讀數

　　寫入單條黑盒記錄耗時大約1.2 ms。然而，必須考慮到有一段頁面擦除時間，以便確保故障能被成功記錄。在ADP1055器件中（參見側邊欄——關于ADP1055），每頁可以寫入8條記錄，因此當記錄數量為8n ? 1 （n 》 0）的倍數時，另一個頁面就會發起頁面擦除操作。擦除操作需要額外的32 ms時間。因此，每（8n - 1）次寫操作都需要執行一次頁面擦除，這使得總記錄時間為33.2 ms。建議每次關斷和重試周期之間的最短延遲時間大于最小黑盒編程時間（即1.2 ms），并且最差情況下可以延長至33.2 ms。

　　圖3. 黑盒寫操作

　　圖3所示為寫操作的時序。黑盒成功記錄的另一個考慮因素是IC失去電源電壓或VDD。ADP1055正常工作和黑盒操作要求恒定的3.3 V VDD。通常在隔離式DC-DC轉換器中，輔助或常通電源為控制器供電。在其他情況下，可以通過VDD引腳上的保持電容來將電壓維持在UVLO閾值以上。

　　黑盒回讀

　　有兩個專用制造商特定命令可用來回讀EEPROM中存儲的黑盒數據內容。塊讀取命令READ_BLACKBOX_CURR返回當前記錄N（最后保存的記錄）及所有相關數據，參見“黑盒內容”部分所述。塊讀取命令READ_BLACKBOX_PREV返回前一記錄N ? 1（最后保存記錄的前一條）的數據。這些命令都是塊讀取命令，收到的第一字節稱為BYTE_COUNT，告知PMBus主機還有多少字節需要讀取。

　　建議通過ADP1055 GUI查看黑盒數據，因為它能以便于閱讀、用戶可訪問的格式顯示所有黑盒內容。

　　ADP1055的黑盒特性使用分組差錯校驗（PEC）來保證數據的有效性。每條黑盒記錄最后的PEC字節為各條記錄所特有，使用循環冗余校驗（CRC） 8多項式計算。寫入EEPROM時，PEC字節附加到數據上，作為該條記錄的最后有效字節。讀取EEPROM時，每條記錄的頭塊用于計算預期PEC碼，然后將此內部計算的PEC碼與接收的PEC字節相比較。如果比較失敗，則STATUS_CML寄存器中的PEC_ERR位置位并舍棄該條記錄，因為數據有效性受損。

　　EEPROM壽命和數據保存期限

　　ADP1055的EEPROM經過專門設計，確保電源可在現場長時間工作。ADP1055的EEPROM在125 °C時的數據保存期限長達15年。另外，在電源壽命期間可多次寫入EEPROM，這也是數據保存期限的一個限制因素。為了改善EEPROM在大量擦除編程周期后的數據可靠性，ADP1055將最大故障記錄數量限制在158，000條（ADP1055環境溫度低于85 °C時的建議值）或16，000條（ADP1055環境溫度低于125 °C時的建議值）。

　　黑盒每次將記錄存儲到EEPROM之后，當前記錄數就會遞增。若發生故障，且當前記錄數大于上文提及的最大記錄數，則不允許繼續進行黑盒記錄，因為EEPROM已達到其最大擦除編程周期，繼續進行記錄是不可靠的。STATUS_CML寄存器中的MEM_ERR置位以指示這種情況。

　　圖4. 使用ADP1055的隔離式DC-DC電源級總覽圖

　　圖4顯示了如何在典型應用中使用帶有黑盒功能的高級數字DC-DC控制器ADP1055。該器件適用于全橋、移相、有源鉗位正激等拓撲，并具有多項功能，比如冗余OVP、平均和峰值過流保護、帶微型FPGA的GPIO有源吸收器。ADP1055也可用作多相控制器。配置黑盒無需其他硬件。不涉及到固件，因為ADP1055基于FSM（有限狀態機），具有專用邏輯，易于使用，用戶不必學習任何新的編程語言。

　　黑盒功能還可在制造流程中有效進行部署，用以檢測產品驗證階段和試生產初級階段的老化測試和壓力測試故障。黑盒將電源調試推進到更高的階段，為復雜系統的故障排除提供有針對性的指導信息。這樣就可以經由排查黑盒記錄儀發現的設計問題而減少客戶故障，改善可靠性指標，比如平均故障間隔時間（MTBF）。

　　關于ADP1055

　　ADP1055是一款靈活、功能豐富的數字副邊控制器，用于AC-DC和隔離式DC-DC副邊應用。ADP1055還為實現最低元件數量、最大靈活性和最少設計時間進行了優化。具體特性包括差分遠程電壓檢測、原邊和副邊電流檢測、脈寬調制（PWM）產生、頻率同步、冗余OVP和均流?？刂骗h路數字濾波器和補償功能已集成至該器件，可通過PMBus接口編程。可編程保護功能包括過流保護（OCP）、過壓保護（OVP）、欠壓閉鎖（UVLO）和外部過溫保護（OTP）。內置EEPROM可為集成環路濾波器、PWM信號時序、浪涌電流、軟啟動時序和時序控制提供全面編程選擇。內置校驗和與可編程保護電路使器件的可靠性得以增強。該器件還提供全面的用戶界面（GUI），便于進行環路濾波器特性設計和安全特性編程。PMBus符合工業標準，可訪問許多監控和系統測試功能。ADP1055提供32引腳LFCSP封裝，采用3.3 V單電源供電。

　　作者簡介

　　SubodhMadiwale是ADI公司位于美國加州圣何塞的電源管理部門的應用工程師。之前在PI公司擔任現場應用工程師，負責設計電源。他興趣廣泛，包括系統建模和架構、高頻電源轉換、使用混合信號SOC改進系統等。他擁有美國加州圣塔克拉拉大學電氣工程碩士學位和加拿大湖首大學電氣工程學士學位。

　　Vuong Tran是ADI公司位于美國加州圣何塞的電源管理部門的IC設計工程師，專注于ADI數字電源系列產品。加入電源管理部門以前，Vuong隸屬DSP部門開發團隊，負責將Blackfin?處理器產品推向市場。Vuong擁有美國明尼蘇達大學電氣工程和土木工程雙學士學位。