如何為 NXP QorIQ 處理器使用 PMBus 電源解決方案
NXP QorIQ 處理器是用于云網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)應(yīng)用的高性能 64 位 Arm® 多核處理器。兩個(gè)高端 QorIQ 變體是 LS2085A 和 LS2088A。8核QorIQ Layerscape LS2088A和4核LS2048A多核處理器配備Arm Cortex- A72內(nèi)核,帶有先進(jìn)的高性能數(shù)據(jù)通路和網(wǎng)絡(luò)外設(shè)接口,適用于網(wǎng)絡(luò)、電信/數(shù)據(jù)通信、無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施、軍事和航空航天應(yīng)用。
LS2085A/2088A 板上需要幾個(gè)電源軌:最重要的是核心軌以及 SerDes 邏輯和接收器軌。使用 PMBus 接口可以簡(jiǎn)化這些高電流軌的編程和監(jiān)控。
PMBus是一項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,它可以簡(jiǎn)化與電源轉(zhuǎn)換器和電源系統(tǒng)中其它設(shè)備的2線制數(shù)字通信。在你的系統(tǒng)中使用PMBus可以減少設(shè)計(jì)時(shí)間、降低風(fēng)險(xiǎn)和成本,從而增加電源的功率密度和可靠性,并且優(yōu)化組件性能和效率。PMBus使你能夠監(jiān)視電流、電壓和溫度,并且報(bào)告和記錄故障。在使用PMBus時(shí),通過(guò)將全新缺省參數(shù)儲(chǔ)存在非易失性存儲(chǔ)器中,設(shè)計(jì)人員能夠在設(shè)備運(yùn)行期間配置IC,從而在較短的時(shí)間周期內(nèi)生成并驗(yàn)證全新設(shè)計(jì)。
TI的PMBus控制器和轉(zhuǎn)換器采用兩種不同的控制模式拓?fù)洌耗M控制環(huán)路,通常情況下,速度最快,以及數(shù)字控制環(huán)路,由于其時(shí)鐘和比例積分微分 (PID) 電路,會(huì)增加系統(tǒng)的延遲。TI很多基于PMBus D-CAP?,D-CAP2? 和D-CAP3? 的控制器和iFET特有一個(gè)模擬控制環(huán)路,可實(shí)現(xiàn)更快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng),并且沒(méi)有環(huán)路補(bǔ)償。
TI為 NXP QorIQ LS2085A/88A 處理器提供 PMBus 穩(wěn)壓器參考設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足 LS2085A/88A 容差規(guī)范,同時(shí)僅需要 NXP 評(píng)估板所需輸出電容的 50%。該參考設(shè)計(jì)包含TPS53681雙輸出 PMBus 控制器和 TI 的CSD95490Q5MC智能功率級(jí),如圖 1 所示。
圖 1:NXP LS2085A88A QorIQ 電源設(shè)計(jì)
TPS53681是一款多相降壓控制器,具有雙通道、內(nèi)置非易失性存儲(chǔ)器(NVM)和PMBus? 接口,并與Tl NexFET完全兼容?功率級(jí)。D-CAP等高級(jí)控制功能+? 具有下沖抑制(USR)的架構(gòu)提供快速瞬態(tài)響應(yīng)、低輸出電容和高效率。該裝置還提供了新穎的相位交錯(cuò)策略和動(dòng)態(tài)相位切換,以提高不同負(fù)載下的效率。該設(shè)備支持快速動(dòng)態(tài)電壓轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換速率可調(diào)。此外,該設(shè)備支持PMBus通信接口,用于向系統(tǒng)報(bào)告電壓、電流、功率、溫度和故障狀況的遙測(cè)。所有可編程參數(shù)均可通過(guò)PMBus接口進(jìn)行配置,并可作為新的默認(rèn)值存儲(chǔ)在NVM中,以盡量減少外部部件數(shù)量。
TPS53681設(shè)備采用熱增強(qiáng)型40引腳QFN封裝,額定工作溫度為-40°C至125°C。
CSD95490Q5MC NexFET? 功率級(jí)是一種高度優(yōu)化的設(shè)計(jì),用于大功率、高密度同步降壓變換器。該產(chǎn)品集成了驅(qū)動(dòng)IC和功率MOSFET,以完成功率級(jí)開(kāi)關(guān)功能。這種組合在一個(gè)5毫米×6毫米的小外形封裝中產(chǎn)生大電流、高效率和高速開(kāi)關(guān)能力。它還集成了精確的電流傳感和溫度傳感功能,以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并提高精度。此外,PCB FootPNT經(jīng)過(guò)優(yōu)化,有助于縮短設(shè)計(jì)時(shí)間,簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的完成。
TI 對(duì)該參考設(shè)計(jì)進(jìn)行了全面測(cè)試,該板包含用于測(cè)試負(fù)載瞬態(tài)的板載負(fù)載瞬態(tài)發(fā)生器電路,從而測(cè)量交流輸出電壓容差。該參考設(shè)計(jì)板具有用于完整電源測(cè)試、TPS53681 編程和使用 TI Fusion Digital Power? Designer通過(guò) PMBus 接口監(jiān)控兩個(gè)電壓軌的所有連接(圖 2)。
圖 2:NXP LS2085A88A QorIQ 電源設(shè)計(jì)評(píng)估板
在眾多測(cè)試中,重要的是負(fù)載階躍和負(fù)載釋放瞬態(tài)測(cè)試,如圖 3 和圖 4 所示。在這兩種情況下,參考設(shè)計(jì)均符合 NXP 容差規(guī)范。
圖 3:NXP LS2085A88A QorIQ 負(fù)載階躍測(cè)試
圖 4:NXP LS2085A88A QorIQ 負(fù)載釋放測(cè)試
該設(shè)計(jì)甚至在 Bode 圖的頂部包含一個(gè) Nyquist 圖,以證明設(shè)計(jì)穩(wěn)定性,如圖 5 所示。如果在測(cè)試中沒(méi)有出現(xiàn)點(diǎn) (–1, 0) 的環(huán)繞(環(huán)繞),則 Nyquist 圖是穩(wěn)定的在測(cè)試期間掃描頻率。
圖 5:NXP LS2085A88A QorIQ GDD 軌奈奎斯特圖
最后,該設(shè)計(jì)還提供了 VDD 和 GVDD 電源的熱性能數(shù)據(jù),如圖 6 所示。
圖 6:VDD 軌功率級(jí)溫度,60A 負(fù)載(左);GVDD 功率級(jí)溫度,30A 負(fù)載(右)
NXP 處理器現(xiàn)在是 TI處理器電源門(mén)戶(hù)的一部分,該門(mén)戶(hù)將使用 TI 電源解決方案和針對(duì)其他 NXP 網(wǎng)絡(luò)處理器的設(shè)計(jì)進(jìn)行更新。因此,如果您正在使用 NXP QorIQ 處理器進(jìn)行設(shè)計(jì)并且不知道從哪里開(kāi)始,請(qǐng)立即下載參考設(shè)計(jì)。