LTC PCI Express用デュアルスロット･ホットスワップ･コントローラ

(1)

1

4242f

PCI Express

_{用デュアルスロット･}

ホットスワップ･コントローラ

概要

ホットスワップ・コントローラLTC®4242は、PCI Expressバックプレーンの2つの独立したスロットに対するボードの安全な挿入、引き抜きを可能にします。外付けのNチャネル･トランジスタによって12V電源と3.3V電源を制御し、内部スイッチによって3.3V補助電源を制御します。12V電源と3.3V電源はいずれも調整可能な速度でランプアップさせることができます。デュアルレベル回路ブレーカと高速アクティブ電流制限により、すべての電源を過電流フォールトから保護します。 LTC4242はVCCピンの電源フィルタにより、電源過渡に耐えることができます。EN入力はPCI Expressスロットにカードが挿入されていることを検出します。FAULT出力とAUXFAULT出力は、それぞれ主電源と補助電源の過電流状態をシステムに警告します。PGOODおよびAUXPGOOD出力は、主電源と補助電源の出力が適正であることを知らせます。、LT、LTC、LTMはリニアテクノロジー社の登録商標です。 Hot Swapはリニアテクノロジー社の商標です。その他すべての商標の所有権は、それぞれの所有者に帰属します。

特長

■ _{電源の入ったPCI Express}®_{バックプレーンに挿入可能} ■ _{2つの独立したPCI Expressスロットを制御} ■ _{主電源と補助電源を個別に制御} ■ _{12V電源入力ピンの定格：20V} ■ _{0.25Ω AUXスイッチを内蔵} ■ _1μs_{以内にフォールト電流を制限} ■ _{Force On Testモード} ■ _{電源電圧上昇速度を調整可能} ■ _{NチャネルMOSFETのためのハイサイド･ドライバ} ■ _{サーマル･シャットダウン保護} ■ ₃₈_{ピンQFNおよび36ピンSSOPパッケージで供給}

アプリケーション

■ _{PCI ExpressベースのPCおよびサーバ} ■ _{トリプル電源システム向けのホットスワップ･} アプリケーション PCI Expressアプリケーション 標準パワーアップ・シーケンス

標準的応用例

(2)

2

4242f 電源電圧 V_CC ... –0.3V∼7V 12VINn ... –0.3V∼20V 3V_INn ... –0.3V∼10V AUXINn ... –0.3V∼10V 入力電圧

ONn, AUXONn, FONn ... –0.3V∼7V ENn... –0.3V∼7V 出力電圧

FAULTn, PGOODn, AUXFAULTn,

AUXPGOODn ... –0.3V∼7V アナログ電圧

12VSENSEn ... –0.3V∼20V

TJMAX = 125°C, θJA = 95°C/W

TJMAX = 125°C, θJA = 34°C/W

EXPOSED PAD (PIN 39) IS GND, PCB ELECTRICAL CONNECTION OPTIONAL

ORDER PART NUMBER

UHF PART MARKING*

LTC4242CG

LTC4242IG

LTC4242CUHF

LTC4242IUHF

4242

Order Options Tape and Reel: Add #TR

Lead Free: Add #PBF Lead Free Tape and Reel: Add #TRPBF Lead Free Part Marking: http://www.linear.com/leadfree/

12V_GATEn ... –0.3V∼25V 12VOUTn (Note 3) ... 12VGATEn – 5V∼2VGATEn + 0.3V

AUX_OUTn, 3V_SENSEn ... –0.3V∼10V 3VGATEn ... –0.3V∼14V

3V_OUTn (Note 3) ... 3V_GATEn – 5V to 3V_GATEn + 0.3V 動作温度範囲 LTC4242C ... 0℃∼70℃ LTC4242I ... –40℃∼85℃ 保存温度範囲 SSOP ... –65℃∼150℃ QFN ... –65℃∼125℃ リード温度（半田付け、10秒） SSOP ... 300℃

絶対最大定格

(Note 1)

パッケージ/発注情報

* 温度グレードは出荷コンテナに貼付したラベルで識別できます。より広い動作温度範囲で規定されるデバイスについては、弊社へお問い合わせください。

(3)

3

4242f

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS Supplies VIN Operating Voltage VCC 12VINn 3V_INn AUXINn ● ● ● ● 2.7 10.1 3.0 3.0 6.0 14.4 6.0 6.0 V V V V I_DD Input Supply Current

VCC 12V_INn 3VINn V_AUXONn = 2V, V_ONn = 2V ● ● ● 1.6 0.5 0.35 4 1 1 mA mA mA V_UVL Supply Undervoltage Lockout VCC Rising

12V_INn Rising 3VINn Rising AUXINn Rising ● ● ● ● 2.3 9.48 2.57 2.57 2.45 9.78 2.67 2.67 2.6 10.08 2.77 2.77 V V V V ΔVLKO(HYST) Supply Undervoltage Lockout Hysteresis VCC

12V_INn 3VINn AUXINn ● ● ● ● 30 90 20 20 100 130 35 35 200 170 50 50 mV mV mV mV Current Limit

ΔVSENSE(CB) Circuit Breaker Trip Sense Voltage 12V_INn – 12V_SENSEn 3VINn – 3VSENSEn ● ● 45 45 50 50 55 55 mV mV ΔVSENSE(ACL) Active Current Limit Sense Voltage

12V_INn – 12V_SENSEn 3VINn – 3VSENSEn ● ● 75 75 100 100 125 125 mV mV I_CBAUX Circuit Breaking Current for AUX Supply ● 385 550 715 mA t_CB Circuit Breaker Response Time ● 10 20 40 μs

Switch Resistance

RAUX Internal Switch Resistance R_AUX = (V_AUXINn – V_AUXOUTn)/I

(Note 4)

I = 375mA ● 0.25 0.4 Ω

External Gate Drive

IGATE(UP) External N-Channel Gate Pull-Up Current Gate Drive On V_12VGATEn = 1V V3VGATEn = 1V ● ● –5 –5 –9 –9 –13 –13 μA μA I_GATE(DN) External N-Channel Gate Pull-Down Current Gate Drive Off

V_12VGATEn = 17V, V_12VOUTn = 12V V3VGATEn = 8.3V, V3VOUTn = 3.3V ● ● 0.5 0.5 1 1 2 2 mA mA I_GATE(FPD) External N-Channel Gate Fast Pull-Down

Current

Fast Turn Off

V12VGATEn = 17V, V12VOUTn = 12V V_3VGATEn = 8.3V, V_3VOUTn = 3.3V ● ● 150 150 250 250 400 400 mA mA ΔVGATE External N-Channel Gate Drive

12VGATEn – 12VOUTn 3V_GATEn – 3V_OUTn

I_GATE = 1μA (Note 3)

● ● 4.5 4.5 5.5 5.5 7.9 7.9 V V Input Pins

V_PG(TH) Power Good Threshold Voltage 12VOUTn Falling 3V_OUTn Falling

AUXOUTn Falling (Note 5)

● ● ● 10.08 2.772 2.772 10.38 2.855 2.855 10.68 2.937 2.937 V V V V_PG(HYST) Power Good Hysteresis 12V_OUTn

3V_OUTn AUXOUTn (Note 5) ● ● ● 20 5 5 70 20 20 110 30 30 mV mV mV

電気的特性

●_{は全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はT}_A_{＝25ºCでの値。}

(4)

4

4242f

SYMBOL PARAMETER CONDITIONS MIN TYP MAX UNITS

V_ON(TH) _{ONn, AUXONn Pin Threshold Voltage} _{Rising Edge} _● _1.173 _1.235 _1.297 _V

ΔVON(TH) ONn, AUXONn Pin Hysteresis ● 30 70 120 mV

V_ON(RTH) ONn, AUXONn Pin Reset Threshold Voltage Falling Edge ● 0.5 0.6 0.7 V ION(IN) ONn, AUXONn Pin Input Current V_ONn = V_AUXONn = 1.2V ● ±1 μA VEN(TH) ENn Pin Threshold Voltage ENn Rising ● 1.173 1.235 1.297 V

ΔVEN(HYST) ENn Pin Hysteresis ● 30 70 120 mV

I_EN(UP) _{ENn Pull-Up Current} _V_ENn_{= 1V} _● _–5 _–9 _–13 _μA V_FON FONn Pin Logic Threshold ● 0.7 2.6 V ISENSE SENSE Pin Input Current

12VSENSEn 3V_SENSEn V12VSENSEn = 12V V_3VSENSEn = 3.3V ● ● 40 40 100 100 μA μA IOUT OUT Pin Input Current

12V_OUTn 3V_OUTn Gate Drive On V_12VOUTn = 12V V_3VOUTn = 3.3V ● ● 45 27 90 60 μA μA R_OUT(DIS) OUT Pin Discharge Resistance

12V_OUTn 3VOUTn AUXOUTn

Gate Drive Off V_12VOUTn = 6V V3VOUTn = 2V V_AUXOUTn = 2V ● ● ● 350 165 375 700 330 750 1400 660 1500 Ω Ω Ω Output Pins

V_OL Output Low Voltage

FAULTn, AUXFAULTn, PGOODn, AUXPGOODn (Note 5)

I_PIN = 3mA

● 0.14 0.4 V IPU Pull-Up Current

FAULTn, AUXFAULTn, PGOODn, AUXPGOODn (Note 5)

VPIN = 1.5V

● –5 –9 –13 μA

Slew Rate

SRAUXOUT AUXOUTn Slew Rate ● 1.25 1.7 V/ms

Delays

t_PLH(GATE) _{Input High (ONn) to GATEs High Prop Delay} ● 7 14 μs t_PLH(UVL) Input Supply Low (12V_INn, 3V_INn) to GATEs

Low Prop Delay ● 18 36 μs tPLH(PG) Out Low (12VOUTn, 3VOUTn) to PGOOD High

Prop Delay ● 20 40 μs

t_PHL(SENSE) _{Sense Voltage High to GATE Low} _ΔV_SENSE_{= 200mV, C}_GATE_{= 10nF} _● _0.4 ₁ _μs

電気的特性

●_{は全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はT}_A_{＝25ºCでの値。}

注記がない限り、VCC = VAUXINn = V3VINn = 3.3V、V12VINn = 12V。(Note 2)

Note 1：絶対最大定格の欄に記載された値を超すストレスは、デバイスに永続的損傷を与

える可能性がある。長期にわたって絶対最大定格状態にさらすと、デバイスの信頼性と寿命に悪影響を与える可能性がある。

Note 2：デバイスピンへ流入する電流はすべて正、デバイスピンから流出する電流はすべ

て負。規定されない限り、すべての電圧はGND基準。

Note 3： GATEピンは、内部クランプによってVOUTより少なくとも5V高い値に制限される。このピン

電圧をクランプよりも高い電圧でドライブすると、デバイスを損傷させる可能性がある。

Note 4： QFNパッケージにおけるAUX FETのオン抵抗は、ウェハレベル測定との相関によっ

て確認されている。

(5)

5

4242f IDD と VCC V_CC、12VINnおよび3VINn電源電流と温度 12V_INn UV上昇スレッショルドと 温度

3VINn、AUXINn上昇スレッショルド

と温度 12V_OUTnパワーグッド・スレッショルドと温度 3V_OUTn、AUXOUTnパワーグッド・スレッショルドと温度 OUT放電抵抗と温度 ONn、AUXONn、ENn L H スレッショルドと温度 ONn、AUXONn、ENnヒステリシス と温度

電気的特性

(6)

6

4242f FONn H L スレッショルドとVCC RONと温度 FONn L H スレッショルドとV_CC 回路ブレーカトリップセンス電圧と温度補助回路ブレーカトリップ電流と温度回路ブレーカトリップフィルタ時間と温度 ゲートドライブとI_GATE R_ON と AUXINn 電流制限伝播遅延とセンス電圧

電気的特性

(7)

7

4242f

ゲートドライブと温度 I_GATEプルアップと温度

I_GATEオフ電流と温度ゲート高速プルダウン電流と温度

電気的特性

(8)

8

4242f

12VGATE1/12VGATE2：12V電源外部NチャンネルMOSFET用ゲ

ートドライブ。内部チャージポンプが9μAのプルアップ電

流を供給して、12VGATEnをランプアップさせます。オフ

の間、1mAのプルダウン電流ソースが12VGATEnをグラン

ドに放電させます。12VGATEnは、12VOUTnを超えると内部

的に5.5Vにクランプされます。過電流フォールト中は、

12VGATEnと12VOUTn間の250mAプルダウン電流ソースがア

クティブになります。最適な電流制限応答を得るには、外部RCネットワークが必要です。 12VSENSE1/12VSENSE2：12V電源電流制限センス入力。 12Vチャンネルの負荷電流を検知するために、12VINnと 12VSENSEn間の電源経路に、センス抵抗が置かれます。センス抵抗両端の電圧は、アクティブ電流制限と回路ブレーカ・フォールト検知のためにモニタされます。12Vチャンネル用の回路ブレーカ機能をディスエーブルにするには、12VSENSEnを12VINnに接続します。

12VIN1/12VIN2：12V電源入力。12VINnの電圧が9.78V未満に

なると、低電圧ロックアウト回路が12V電源と3.3V電源をディスエーブルにします。 12VOUT1/12VOUT2：12V出力接続。このピンを、ゲートドライブのリターン用に12V電源外部NチャンネルMOSFETのソースに接続します。このピンが10.38Vを超えるまでは、PGOOD1/ PGOOD2を L にすることはできません。外部MOSFETがオフになると、700Ωのアクティブプルダウンが12VOUTnをグランドに放電します。

3VGATE1/3VGATE2：3.3V電源外部NチャンネルMOSFET用ゲート

ドライブ。内部チャージポンプが9μAのプルアップ電流を供給し

て、3VGATEnをランプアップさせます。ターンオフ時は、1mAの

プルダウン電流ソースが3VGATEnをグランドに放電させます。

3VGATEnは、3VOUTnを超えると内部的に5.5Vにクランプされま

す。過電流フォールト中は、3VGATEnと3VOUTn間の250mAプル

ダウン電流ソースがアクティブになります。最適な電流制限応答を得るには、外部RCネットワークが必要です。 3VSENSE1/3VSENSE2：3.3V電源電流制限センス入力。 3.3Vチャンネルの負荷電流を検知するために、3VINnと 3VSENSEn間の電源経路に、センス抵抗が置かれます。センス抵抗両端の電圧は、アクティブ電流制限と回路ブレーカ・フォールト検知のためにモニタされます。3.3Vチャンネル用の回路ブレーカ機能をディスエーブルにするには、 3VSENSEnを3VINnに接続します。

3VIN1/3VIN2：3.3V電源入力。3VINnの電圧が2.67V未満に

なると、低電圧ロックアウト回路が3.3V電源と12V電源をディスエーブルにします。 3VOUT1/3VOUT2：3.3V出力接続。このピンを、ゲートドライブのリターン用に3.3V電源外部NチャンネルMOSFETのソースに接続します。このピンが2.855Vを超えるまでは、PGOOD1/PGOOD2を L にすることはできません。外部MOSFETがオフになると、375Ωのアクティブプルダウンが3VOUTnをグランドに放電します。 AUXFAULT1/AUXFAULT2：AUX電源フォールト状態出力。通 常、AUXFAULTnは内部9μAプルアップによって H になります。このピンは、過電流フォールトが発生したりデバイス温度が150℃を超えたりすることによってAUXチャンネルが遮断されると、 L になります。 FONnとENnが H の場合は、スイッチがON状態であることを示します。 AUXON1/AUXON2：AUX電源オン制御入力。立ち上がり エッジが内部FETをオンにし、立ち下がりエッジがオフになります。このピンを3.5μs以上にわたって0.6V未満にすると、AUXチャンネルのフォールトがクリアされます。 AUXIN1/AUXIN2：AUX電源入力。AUXINnが2.67V未満に なると、低電圧ロックアウト回路がAUX電源をディスエーブルにします。AUXINnは内部パスFETへの入力です。 AUXOUT1/AUXOUT2：AUX電源出力。AUXOUTnは内部パ スFETからの出力です。このピンが2.855Vを超えるまでは、AUXPGOOD1/AUXPGOOD2を L にすることはできません。内部FETがオフになると、750ΩのアクティブプルダウンがAUXOUTnをグランドに放電します。

ピン機能

(9)

9

4242f AUXPGOOD1/AUXPGOOD2 (QFN)：AUX電源状態出力。このオープンドレイン・ピンは、AUXOUTnがパワーグッド・スレッショルド未満になった場合、ENnが H 、サーマル・シャットダウン中、AUXONnが L の場合、もしくはVCCまたは AUXINnがUVLO状態にある場合に、内部9μAプルアップ電流によって H になります。 EN1/EN2：カード存在/スロット挿入検出入力。システム をイネーブルにするには、ENnピンを1.235V未満にしなければなりません。このピンは内部9μAプルアップ電流ソースに使用します。 露出パッド（QFN）：電源グランド。PCB電気接続はオ プションです。 FAULT1/FAULT2：主電源フォールト状態出力。FAULTnは 内部9μAプルアップによって H になります。12V電源または3.3V電源で過電流フォールトが発生すると、 FAULTnは L にラッチします。 FON1/FON2：強制オン・デジタル入力。診断目的で、 H 入 力が、12V、3.3V、およびAUXチャンネルの低電圧フォールトと過電流フォールト、ならびにONnピンとAUXONnピンの入力コマンドをオーバーライドします。ただし、 VCCがUVLO状態になるとこれらのスイッチはオフになります。注意：このモードには電流制限メカニズムはありません。フォールト・オーバーライド機能をディスエーブルにするには、FONnをグランドに接続します。 GND：デバイスののグランドです。グランド・プレーンに 接続してください。 ON1/ON2：主電源オン制御入力。立ち上がりエッジで 12Vおよび3.3V用電源用の外部MOSFETがオンになり、立ち下がりエッジでオフになります。12Vチャンネルと 3.3Vチャンネルのフォールトをクリアするには、このピンを0.6V未満にします。 PGOOD1/PGOOD2：主電源状態出力。このオープン・ ドレインピンは、12VOUTnまたは3VOUTnがパワーグッド・スレッショルド未満になった場合、ENnが H 、 ONnが L の場合、もしくはVCCまたはいずれかの主電源がUVLO状態になった場合に、内部9μAプルアップによって H になります。 V_CC：デバイス電源入力。2.7Vから6Vまで動作します。 VCCの電圧が2.45Vを超えるまで、内部低電圧ロックアウト回路がデバイスをディスエーブルします。

ピン機能

(10)

10

4242f

(11)

11

4242f このデバイスの主な機能要素を機能図に示します。LTC4242は、 PCI Expressバックプレーン上にある2個の独立したスロットの電源を制御するように設計されており、2枚のボードを安全に挿抜できます。通常動作中は、チャージポンプが9μAの電流をソースして外部NチャンネルMOSFETのゲートをオンにし、負荷に電力を供給します。外部MOSFETのゲートは、そのソースよりも約5.5V高い値にクランプされます。AUX FETのゲートは約 1.25V/msのスルーレートで上昇し、突入電流を制御します。電子回路ブレーカ（ECB）コンパレータとアナログ電流制限（ACL）アンプは、VINとSENSE電圧の差を使用して負荷電流をモニタします。ACLのスレッショルドは、ECBスレッショルドの2倍に設定されています。ACLアンプは、アクティブ制御ループ内の外部MOSFETのゲートソース電圧を減らすことによって、負荷内の電流を制限します。過電流状態が 20μsを超えると、過熱を防ぐためにMOSFETがオフになります。FAULTは L にラッチされ、主チャンネルを制御する外部 MOSFETで過電流状態が起きたことを知らせます。 AUX FETの制御回路には、550mAの電流が20μs以上流れるとトリップする回路ブレーカが組み込まれています。この回路には、AUX FETに流れる電流を約1.65Aに制限するアクティブ電流制限アンプも組み込まれています。サーマル・シャットダウン回路は、ダイ温度が150℃を超えるとAUX FETをオフにします。AUXFAULTは L にラッチされ、内部FETが過電流状態になったこと、あるいはサーマル・シャットダウンが起きたことを知らせます。これらのスイッチがオフになると（内部と外部の両方で）、 OUTピンは内部のNチャンネル・トランジスタを通じてグランドに放電します。出力電圧は電圧が有効かどうかを判断するため、OUTピンとPGコンパレータを使用してモニタされます。パワーグッド状態は、オープンドレイン・プルダウン・トランジスタを使用し、PGOOD/AUXPGOODピンから信号として送られます。 LTC4242のモニタリング・ブロックが機能図に示されています。システム・コントロール内のコンパレータのグループには、UVLO、ON、およびENコンパレータが含まれています。これらのコンパレータは、スイッチをオンにする前に、外部条件が有効なものかどうかを知るために使用されます。しかし、最初に低電圧ロックアウト回路（ UVLO）が入力電源と主電源VCCの評価を行い、ロジック回路をパワーアップのために初期化しなければなりません。システム制御部のFONインバータは、LTC4242を診断モードで動作させるために使用します。この動作モードでは、すべてのパストランジスタが強制的にオンにされ、低電圧状態、回路ブレーカ状態/電流制限状態、および入力コマンドは無視されます。しかし、VCCがそのUVLO電圧未満に低下すると、FONに関わらずすべてのスイッチがオフになります。 LTC4242の標準的アプリケーションは、2個のPCI Expressスロットへの電源を制御するバックプレーンまたはマザーボードです。このデバイスは、システムのホット・プラグ・コントローラ（HPC）に対し、フォールトとパワーグッド状態をレポートします。 LTC4242の基本的な応用回路を図1に示します。ここではまず、PCI Expressシステムにおけるボード検出、通常のオンとオフのシーケンス、さまざまなフォールト状態、およびフォールト状態からの回復について述べます。次に強制オン動作について説明し、さらにPCBレイアウトについて述べます。外部構成部品の選択については、「設計例」の項で詳しく述べます。ボード検出 PCI Expressシステムでは、図2に示すように、システム・ボード・コネクタはPRSNT1とPRSNT2という2種類の信号を使用して、ボードの存在の検出と、ボードがコネクタに完全に挿入されているかどうかの確認を行います。PRSNT2はシステムHPCに送られます。図1に示すように、コネクタにボードが差し込まれると、プログラムされたHPCのデバウンス遅延時間の経過後に、HPCによって電源投入コマンドが生成されてLTC4242に送られます。デバウンス遅延は、図3に示す遅延ネットワークを使用して生成することもできます。

動作

アプリケーション情報

(12)

12

4242f

図1. 標準的なPCI Expressアプリケーション

(13)

13

4242f ボード挿入後にPRSNT2が L になると、CDとRDの値によって決定される遅延時間が経過した後に、ENnピンが L になります。プラグイン時のデバウンス遅延を 1ms、RDを47kとすると、CDは次式で求められます。 C_D=tDELAY1 ms μF= μF 43 5 0 023 ( ) . . したがって、ここでは33nFのCDを使用します。 図2. プラグイン・カードの挿抜 ボードを引き抜くと、次式で表わす時間が経過した時点からスロットはディスエーブルになります。 t_DELAY₂ 0 765CD s ms 9 2 8 = . = . 電源投入シーケンス PCI Expressの電源は、12Vおよび3.3V電源パス内の外部Nチャンネル・パストランジスタQ1∼Q4、および3.3V予備電源パス用の内部パストランジスタによって制御されます。センス抵抗R1∼R4は、電流フォールト検出用の入力を提供します。抵抗RG1∼RG4とコン 図3. カード・プラグイン時の遅延を生成するRCネットワーク

アプリケーション情報

(14)

14

4242f デンサCG1∼CG4は、電流制御ループの補償に使用します。コンデンサCG1∼CG4は出力パワーアップ・レートと突入電流も制御し、抵抗R5∼R8は、それぞれQ1∼Q4で表わされるNチャンネルMOSFETの高周波振動を防ぎます。外部スイッチと内部スイッチをオンにする場合は、以下の条件が事前に満たされていなければなりません。 1. デバイスの電源電圧VCCが低電圧ロックアウト・スレッショルドを超えていなければならない。外部/内部スイッチをオンにするには、主/補助入力電源がUVLOスレッショルドを超えていなければならない。 2. 起動シーケンスを開始するには、ENピンを L にしなければならない。これらの初期条件が満足されている場合は、ONピンの確認が行われます。LTC4242は、主電源（12Vおよび 3.3V）と3.3V補助電源を個別に制御することができるように、スロットごとにAUXONおよびONという2本の ONピンを備えています。ONピンが H の場合は、スイッチがオンになります。ONが L になっている場合は、 ONピンを H にするとスイッチがオンになります。図 4は、ENが L になった後にすべての電源がオンになる状態を示したものです。各外部スイッチは、9μAの電流ソースでGATEを充電することによりオンになります。GATEピンの電圧は9μA/ CGの勾配で上昇し、電源突入電流はCL/CG・9μAに設定されます。ここで、CLは電源出力における容量です。内部スイッチのゲートがスルーされると、内部的に設定された1.25V/msの率で3.3VAUX電源出力が増加していきます。入力電源がUVLO状態から脱すると、入力電源用回路ブレーカ（ECB）が準備完了となります。電源がオンになって出力が許容範囲内になれば、主入力電源用の PGOODと補助入力電源用のAUXPGOOD（QFNでのみ使用可能）が L になります。電源切断シーケンススイッチは、さまざまな条件によってオフにすることができます。 1. ON/AUXONが L になるとメイン/内部スイッチがオフになる。 2. ENが H になるとすべてのスイッチがオフになる。 3. さまざまなフォールト状態によってもスイッチはオフになる。これらには、電源の低電圧フォールトや過電流回路ブレーカ・フォールトなどが含まれる。 4. サーマル・シャットダウン機能が働くと、内部スイッチがオフになる。 ONが L になると1mAの電流によってゲートがグランドまで下がり、メインスイッチがオフになります。主電源がオフになるとPGOOD信号が H になり、出力は内部スイッチを通じてグランドに放電されます。同様に、補助電源がオフになるとAUXPGOOD信号が H になり、内部スイッチを通じてその出力がグランドに放電されます。図5は、ENが H になることによってすべての電源がオフになる様子を示したものです。 図4. 標準パワーアップ・シーケンス

アプリケーション情報

(15)

15

4242f 図5. 標準パワーダウン・シーケンス 図6. 3.3V出力の過電流フォールト 図7. 3.3V出力の短絡フォールト サーマル・シャットダウン 3.3V補助電源用の2個の内部スイッチは、それぞれ独立したサーマル・シャットダウン回路によって保護されています。内部スイッチの温度が150 Cになるとこのスイッチが直ちにオフになり、AUXFAULTが L にラッチされます。他のすべての電源スイッチは影響を受けません。スイッチは、温度が120℃に下がり、AUXONピンを一度 L にしてからもう一度 H にすれば、再度オンにすることができます。過電流フォールト LTC4242は、デュアルレベルの耐グリッチ保護機能により、すべての電源を過電流フォールトから保護します。センス抵抗（内部と外部の両方）の電圧降下は、電子回路ブレーカ（ECB）コンパレータとアクティブ電流制限（ACL）アンプによってモニタされます。電源の電流が ECBスレッショルドを超えると、内部タイマがスタートします。20μsが経過しても電源の過電流状態が続く場合は、図6に示すように、ECBがトリップして直ちにFETがオフになります。起動する間、最悪条件では電源出力がグランドに短絡されることもあります。突入電流はACLスレッショルド（ECBスレッショルドの2倍）に制限され、デバイスは 20μs後にラッチオフします。出力短絡時のサージ電流は、システムを保護するために、できるだけ短時間のうちに制御されたレベルまで下げなければなりません。LTC4242のアクティブ電流制限は高電流保護モードに入り、出力MOSFETのゲートソース電圧をゼロにして、直ちにMOSFETをオフにします。出力MOSFETの電流は、数百nsで数十アンペアからゼロに低下します。MOSFETがオフになる際、入力電圧は電流値が高い間は低下し、その後にリードの寄生インダクタンスによる上向きのスパイクが発生します（電源過渡応答を参照）。

アプリケーション情報

(16)

16

4242f 補償ネットワークRG/CGは、ゲート電圧の回復を助けます。ACLは、ゲート電圧を一定に保つことによって、電流レベルをECBスレッショルドの2倍に制限します。内部スイッチに関しては、ACLは電源電流を回路ブレーカ電流レベルである550mAの3倍に制限します。 ECBがラッチオフするまでには、20μsのフィルタ遅延があります。これは、小さい過渡的サージによってシステムが不要にリセットされるのを防ぐためです。どちらかの主出力（12Vまたは3.3V）において過電流フォールトが発生すると、3.3V補助出力に影響を与えることなく、両方の主出力がラッチオフされます。同様に、3.3V補助出力に過電流フォールトが発生すると、主出力に影響を与えることなく補助出力がラッチオフされます。電源リードのインダクタンスが極めて大きい状態で短絡した負荷があると、ACLが外部MOSFETのゲート電圧を下げる前に、電源ピンの電圧が突然低下することがあります。この場合は、低電圧ロックアウト回路が、18μsのフィルタ時間でパスMOSFETをオフにします。低電圧フォールト低電圧フォールトは、12VIN、3VIN、またはAUXIN入力電源のいずれかが低電圧スレッショルドを下回り、その状態が18μsを超えると発生します。低電圧フォールトが発生すると直ちにスイッチがオフになります。3.3V補助電源が低電圧になっても主電源がオフになることはなく、逆も同様です。どちらかの主電源に低電圧フォールトが発生すると、両方の主電源がオフになります。VCCが UVLOスレッショルドを下回る状態が38μsを超えると、すべてのスイッチがオフになります。オフになったスイッチは、電源電圧とVCCがそれぞれの低電圧スレッショルドを超えれば、オンにすることができます。パワーグッド・フォールトパワーグッド・フォールトは、いずれかの電源出力がそのパワーグッドスレッショルドを下回る状態が20μsを超えると発生します。主電源/AUX電源にパワーグッド・フォールトが発生すると、PGOOD/AUXPGOODが H になります。PGOOD/AUXPGOODを L にするために満足しなければならない条件はいくつかあります。 1. 出力電圧がパワーグッド・スレッショルドよりも高い。 2. ENピンが L になっている。 3. 入力電圧が低電圧スレッショルドよりも高い 4. ONピンが H になっている。 5. サーマル・シャットダウン機能が働いていない。フォールトのリセット主出力の過電流フォールトをリセットするには、ONを L にするか、フォールトが発生した電源を低電圧ロックアウト（UVLO）スレッショルド未満にします。補助出力の過電流フォールトまたはサーマル・シャットダウン・フォールトをリセットするには、AUXONを L にするか、補助電源をUVLOスレッショルド未満にします。VCCをUVLOスレッショルド未満にすれば、すべての過電流フォールトとサーマル・シャットダウン・フォールトをリセットすることができます。フォールト・オーバーライドFONが H になっていると、デバイスをリセットすることはできません。フォールト後の自動リトライ図9に示すように、LTC4242は、FAULTピンとONピンをともにRCネットワークに接続することによって、フォールト発生後に自動的にリトライを行うよう構成することができます。図10のタイミング図に示すように、回路ブレーカがトリップすると、自動リトライ回路がLTC4242のリスタートを試みます。 t R C V R μA OFF AUTO AUTO OL AUTO ≈

(

)

+ • • . – . • 1 235 2 065 9 図示された構成部品の値からこれを計算すると、tOFF = 3.3msとなります。短絡時間は最悪条件でも40μs未満なので、自動リトライのデューティサイクルは1.3%です。 図8. 3.3VAUX出力の短絡フォールト

アプリケーション情報

(17)

17

4242f VCC電源 LTC4242はVCCを電源に使用します。このピンとグランドの間には、1μFのバイパスコンデンサを接続する必要があります。VCCを3VINまたはAUXIN入力電源から得る場合は、図11に示すローパスフィルタが必要です。このRCネットワークを使用すれば、VCCをUVLOスレッショルド未満に低下させることなく、LTC4242を3VIN/ AUXINの短絡過渡応答に耐えさせることができます。 AUXINや3VINには、寄生インダクタンスによって、狭いながらも背の高いグリッチが発生することがあります。AUXINおよび3VINの絶対最大定格値が10Vであるのに対し、VCCの最大絶対定格値は7Vなので、RSおよび C1の値は、VCCの遭遇するピーク電圧を7V未満に緩和できるよう選ぶ必要があります。 図11. VCCフィルタリング用のRCネットワーク 図9. 自動リトライ・アプリケーション 図10. 自動リトライ・タイミング GATEピン電圧 最小ゲートドライブ電圧は4.5Vなので、適切なゲート動作を維持するために、外部スイッチにはロジックレベルのNチャンネルMOSFETを使用する必要があります。 GATEピンは、それぞれのOUTピンよりも5.5V高い標準値にクランプされます。アクティブ電流ループの補償アクティブ電流制限回路の補償は、抵抗RGとスルーレート制御コンデンサCGを使用して行われます。CGの値は、許容突入電流に基づいて決定します。RGの値は、実験に基づいて決定する必要があります。RGの推奨値範囲は、 10Ω∼100Ωです。強制オン動作 FONピンが H に、ENが L にプルされると、LTC4242は診断モードで動作します。入力電源の低電圧状態、ONピンやフォールト・ラッチの状態などに関係なく、すべての入力電源のスイッチは強制的にオンになります。この時の故障ラッチの内容は保存され、診断モードで動作するようにデバイスの構成設定が行われた後も状態は変更されません。出力電流がECBスレッショルドを超えると、FAULT/AUXFAULTが直ちに L になりますが、ラッチはされません。VCCが低電圧ロックアウト状態になると、FONの状態に関わらず、すべてのスイッチがオフになります。サーマル・シャットダウン状態にあるときは、FONが H であっても、加熱を防ぐために内部スイッチがオフになります。FONが H になっていれば、主電源スイッチはオンのままです。診断モードには電流制限メカニズムがないので、出力が短絡しないよう十分な注意が必要です。

アプリケーション情報

(18)

18

4242f 動作モードには、この他にも電流制限機能を備えた強制オン（Force ON）モードがあります。このモードにするには、FONとENの両方を H にします。この動作モードではACLがイネーブルになりますが、20μsのフィルタ時間はディスエーブルになります。AUX電源のフォールト・ラッチは、電流値がAUXのICBAUXよりも大きくなればラッチすることができます。AUXFAULTは、AUXチャンネルFETがオンかオフかを示します。通常動作状態にするには、FONとENを L にして、ONピンとAUXONピンの状態をリサイクルさせます。 PCBレイアウトに関する検討 LTC4242の回路ブレーカを正しく動作させるためには、センス抵抗へのケルビン接続が必要です。ケルビンセンスPCBのレイアウトトレースは、配線エラーを最小限に抑えるため、線長をできるだけ短くするとともに線間距離を短くし、バランスの取れた対称的配置とする必要があります。さらに、センス抵抗とパワーMOSFETの PCBレイアウトには、デバイスの電力損失の最適化を図るために、良好な熱管理手法を取り入れる必要があります。12Vセンス抵抗とパワーMOSFETの推奨PCBレイアウトを図12に示します。負荷電流が10Aに達する可能性のあるホットスワップ・アプリケーションでは、PCBトラックの幅が狭い場合は広い場合よりも抵抗が大きいため、より高い温度で動作することになります。1オンスの銅のシート抵抗は約 0.5mΩ/□で、大電流アプリケーションではトラック抵抗と電圧降下が急速に大きくなります。したがって、 PCBのトラック抵抗、電圧降下、および温度上昇をできるだけ小さくするには、これらのアプリケーションにおける 1オンスの銅フォイルに対するトレース幅を、DC電流1アンペアあたり0.03インチとすることを推奨します。多くのアプリケーションにおいては、メッキされた貫通ビアスを使用して、コンポーネント層から内部の電源層およびグランド層、そしてPCBへの回路接続を行う必要があります。1オンスの銅フォイルをメッキする場合の一般的なルールは、ビアス1個あたりのDC電流を1Aとし、空間に完全に半田が充填されるようにビアスの寸法を適切に設定することです。使用しているPCB生産施設のビアス電流仕様を確認してください。 図12. 12VレールにおけるパワーMOSFET、センス抵抗、およびGATE構成部品の推奨レイアウト

アプリケーション情報

(19)

19

4242f システム・ボード・アプリケーションにおいては、大きな突入電流やフォールト電流による電源グリッチを最小限に抑えるために、それぞれのシステム入力電源に大容量のバイパスコンデンサ（≥10μF）を使用することを推奨します。 VCCピンとGNDピンの間のできるだけ近い位置に、VCCピン用のバイパスコンデンサC1を置くことが重要です。設計例以下のような電源要求を持つPCI Expressホットスワップ・アプリケーションを考えます。 表1. PCI Expressの電源要求 電源電圧 最大電源電流最大負荷容量 12V 5.5A 2000μF 3.3V 3.0A 1000μF 3.3V_AUX 375mA 150μF 1. 各電源に対するRSENSEの値を選択します。最大負荷電流と回路ブレーカの下側スレッショルドΔVSENSE(CB)(MIN)に基づい

て、RSENSEの値を計算します。PCI Expressコネクタでは、

12V電源用として5本、3.3V電源用として3本、3.3VAUX用に1本のピンが割り当てられています。1本のコネクタピンの電流定格値は1.1Aです。センス抵抗の誤差を1%とすると、以下の値の抵抗を使用すれば要求を満足することができます。 表2. センス抵抗の値

電源電圧 RSENSE (1%) ITRIP(MIN) ITRIP(MAX)

12V 8mΩ 5.6A 6.9A 3.3V 13mΩ 3.4A 4.3A 2. 起動時に負荷電流は流れず、突入電流が負荷容量を充電するものとします。次式によりゲート容量を計算します。 C I t V GATE GATE UP OUT = ( )• 1 (2) t1は、負荷コンデンサの充電に要する時間です。 IGATE(UP)(MAX) = 13μA、t1 = 10msとすると、 a. 12V電源では、CGATE = 11nF b. 3.3V電源では、CGATE = 39nF したがって、12V電源と3.3V電源に対する容量は、それぞれ15nFと47nF（ 10%）とすれば要求を満足できます。最悪条件におけるt1と突入電流を表3に示します。 表3. 最悪条件におけるt1と突入電流

電源電圧 t_1(MIN) t_1(MAX) 最大 IINRUSH

12V 13ms 40ms 2.4A 3.3V 11ms 34ms 0.4A

内部スイッチの場合、3.3VAUX電源出力におけるスルーレート

（SR）は、最大1.7V/msに制限されます。したがって、突入電流は次式により求められます。

IINRUSH(MAX) = CLOAD • SRMAX (3)

正常な起動のためには、突入電流が385mA（ICBAUX(MIN)）未満

でなければなりません。負荷容量の誤差を30%とすると、 CLOADの値は170μFを超えないようにしなければなりません。 3. 次は、12Vおよび3.3V主入力電源用MOSFETの選択です。 VGS = 4.5V、25 CにおけるSi7336ADPのオン抵抗は4mΩ未満で、3.3Vおよび12V主電源用として適切な値です。 3.3V電源の最大負荷は3Aなので、MOSFETの電力損失は最大36mWです。Si7336ADPの接合部∼周囲間の最大熱抵抗は50 C/Wです。これから、ケース温度50℃で動作させた場合の接合部温度は51.8℃となります。Si-7336ADPの正規化されたオン抵抗と接合部温度の曲線から、このデバイスのオン抵抗は、室温における値よりも12%増加することが予想されます。これから定常状態のRONと接合部温度を再計算すると、それぞれ4.5mΩと 52 Cという値が得られます。電流3A、PCB温度50℃における3.3Vセンス抵抗および直列MOSFET前後での電圧降下は、53mV未満です。 MOSFETは、出力負荷コンデンサの充電中に電力を消費します。負荷電流が流れないとすると、MOSFETの電力損失は、負荷コンデンサに保存された最終的なエネルギーに等しくなります。したがって、MOSFETの平均電力損失は次式で求められます。 P C V t ON= L OUT • • 2 1 2 (4)

アプリケーション情報

(20)

20

4242f PONとt1を使用して、メーカーの過渡熱インピーダンスのグラフからMOSFETのシングルパルスθJA(MAX)を検討すると、最悪条件での接合部∼周囲間の温度上昇は、 12V MOSFETで発生します。 表4. MOSFETパワーアップ時温度上昇の計算 電源電圧 P_ON θ_JA(MAX) ΔT 12V 11W 0.75°C/W 8.3°C 3.3V 0.5W 0.6°C/W 0.3°C 回路ブレーカ・スレッショルドの2倍の大電流がスイッチに流れる可能性がある場合でも、20μsのフィルタ時間があります。この時間は、短絡状態でパワーアップした場合やパワーアップ後に短絡状態が発生した場合でも、 MOSFETの接合部∼周囲間の温度上昇を最小限に抑えることができる程度の十分に短い値です。したがって、 MOSFETにかかる熱ストレスは最小限に抑えられるという仮定も安全に行うことができます。 LT C 4 2 4 2 を診断モードで動作させる場合は、外部 MOSFETの安全なジュール加熱限界を超えないように注意する必要があります。内部スイッチは、温度が 150℃に達するとオフになって過熱を防止します。

アプリケーション情報

(21)

21

4242f 4 電源用スタンドアローンホットスワップ・アプリケーション： 12V 、 5V 、 3.3V 、および 3.3V 予備電源

標準的応用例

(22)

22

4242f Gパッケージ 36ピン・プラスチック SSOP (5.3mm) (Reference LTC DWG # 05-08-1640)

パッケージ寸法

推奨半田パッド・レイアウト NOTE: 1. 管理寸法：ミリメートル 2. 寸法 3. 図は実寸とは異なる * 寸法にはモールドのバリを含まないモールドのバリは各サイドで0.152mm(0.006")を超えないこと ** 寸法にはリード間のバリを含まないリード間のバリは各サイドで0.254mm(0.010")を超えないことミリメートル (インチ)

(23)

23

4242f UHFパッケージ 38ピン・プラスチック QFN (5mm 7mm) (Reference LTC DWG # 05-08-1701)

パッケージ寸法

パッケージの外形推奨半田パッド・ピッチおよび寸法 NOTE: 1. 図面はJEDECパッケージ外形M0-220バリエーションWHKDに適合 2. 図は実寸とは異なる 3. すべての寸法はミリメートルピン1ノッチ R＝0.30（代表）または 0.35 45の面取りリニアテクノロジー・コーポレーションがここで提供する情報は正確かつ信頼できるものと考えておりますが、その使用に関する責務は一切負いません。また、ここに記載された回路結線と既存特許とのいかなる関連についても一切関知いたしません。なお、日本語の資料はあくまでも参考資料です。訂正、変更、改版に追従していない場合があります。最終的な確認は必ず最新の英語版データシートでお願いいたします。露出パッドの底面ピン1 トップマーキング（NOTE 6参照） 4. パッケージ底面の露出パッドの寸法にはモールドのバリを含まない。モールドのバリは（もしあれば）各サイドで0.20mmを超えないこと 5. 露出パッドは半田メッキとする 6. 網掛けの部分はパッケージの上面と底面のピン1の位置の参考に過ぎない

(24)

24

4242f

リニアテクノロジー株式会社

〒102-0094 東京都千代田区紀尾井町3-6秀和紀尾井町パークビル8F TEL 03-5226-7291●_{FAX 03-5226-0268}●_{www.linear-tech.co.jp}

製品番号説明注釈 LTC4210 ホットスワップ・コントローラ 6リード SOT-23 パッケージ LTC4213 No RSENSETM電子回路ブレーカ 3種類の回路ブレーカ・スレッショルドを選択可能 LTC4214 負の低電圧ホットスワップコントローラにより0V∼16Vの電源を制御 LTC4215 I2_{C互換のモニタリング機能を備えたホットスワップ・コントローラ} _{2.9V∼15V、8ビットのADCが電流と電圧をモニタ} LTC4216 超低電圧ホットスワップ・コントローラ 0V∼6Vの負荷電圧 LT®4220 デュアル電源ホットスワップ・コントローラ 2.7V∼ 16Vで動作 LTC4221 デュアル・ホットスワップ・コントローラデュアル・スピード、デュアルレベルのフォールト保護付き電源シーケンサ LTC4241 PCIバス・ホットスワップ・コントローラ 3.3V補助電源 No RSENSEはリニアテクノロジー社の商録です。

AMC（Advanced Mezzanine Card）2枚を使用したホットスワップ・アプリケーション