TPS65917-Q1：汽車應(yīng)用中的高效電源管理解決方案

在汽車電子領(lǐng)域，電源管理是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。德州儀器（TI）的TPS65917-Q1電源管理單元（PMU）專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)，集成了多種功能，為處理器提供了全面的電源解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、器件概述

1.1 產(chǎn)品特性

TPS65917-Q1具備許多令人矚目的特性，使其在汽車應(yīng)用中脫穎而出。

• 汽車級(jí)應(yīng)用資質(zhì)：該器件符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)，工作溫度范圍為 -40°C至 +105°C ，能適應(yīng)惡劣的汽車環(huán)境。同時(shí)，它還具有HBM 2級(jí)和CDM C4B級(jí)的靜電放電保護(hù)能力。
• 寬系統(tǒng)電壓范圍與低功耗：系統(tǒng)電壓范圍從3.135 V到5.25 V ，在關(guān)機(jī)模式下功耗僅為20 μA ，睡眠模式下（兩個(gè)SMPSs激活）為90 μA ，有效降低了系統(tǒng)功耗。
• 多電源調(diào)節(jié)器：
  • 開關(guān)模式電源（SMPS）調(diào)節(jié)器：擁有五個(gè)降壓SMPS調(diào)節(jié)器，輸出范圍為0.7 - 3.3 V ，步長為10或20 mV 。其中兩個(gè)調(diào)節(jié)器具備3.5 - A的輸出能力，可在雙相配置下組合成7 - A輸出，還支持差分遠(yuǎn)程傳感。另外三個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出能力分別為3 - A、2 - A和1.5 - A 。部分調(diào)節(jié)器還支持動(dòng)態(tài)電壓縮放（DVS）控制和輸出電流測(cè)量，具備短路保護(hù)、電源良好指示等功能。
  • 低壓差（LDO）線性調(diào)節(jié)器：五個(gè)LDO調(diào)節(jié)器的輸出范圍為0.9 - 3.3 V ，步長為50 mV 。其中兩個(gè)具備300 - mA的輸出能力和旁路模式，一個(gè)具備100 - mA的輸出能力且能在50 mA時(shí)實(shí)現(xiàn)低噪聲性能，另外兩個(gè)具備200 - mA的輸出能力。所有LDO都具備短路保護(hù)功能。
• 其他特性：集成了12位Sigma - Delta通用ADC（GPADC），具有8個(gè)輸入通道（2個(gè)外部）；具備熱監(jiān)測(cè)功能，可實(shí)現(xiàn)高溫警告和熱關(guān)斷；支持可配置的電源序列控制；提供可選的控制接口，包括一個(gè)SPI和兩個(gè)I2C接口。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

TPS65917-Q1適用于多種汽車應(yīng)用，如汽車數(shù)字儀表盤、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等。

1.3 產(chǎn)品描述

TPS65917-Q1 PMIC集成了五個(gè)可配置的降壓轉(zhuǎn)換器，最大輸出電流可達(dá)3.5 A ，可為處理器核心、內(nèi)存、I/O和LDO的預(yù)調(diào)節(jié)提供電源。降壓轉(zhuǎn)換器同步到內(nèi)部2.2 - MHz時(shí)鐘，可提高器件的電磁兼容性（EMC）性能。此外，GPIO_3引腳允許降壓轉(zhuǎn)換器同步到外部時(shí)鐘，使多個(gè)器件能夠同步到同一時(shí)鐘，進(jìn)一步提高系統(tǒng)級(jí)EMC性能。

該器件還包含五個(gè)LDO，用于為低電流或低噪聲域供電。電源序列控制器使用一次性可編程（OTP）內(nèi)存來控制電源序列和默認(rèn)配置，OTP在工廠編程，無需軟件即可啟動(dòng)。大多數(shù)靜態(tài)設(shè)置可以通過SPI或I2C進(jìn)行更改，以滿足不同系統(tǒng)的需求。

二、引腳配置與功能

2.1 引腳屬性

TPS65917-Q1采用48引腳RGZ（VQFN）封裝，引腳具有不同的屬性和功能。例如，REFGND為系統(tǒng)參考地，VBG為帶隙參考電壓輸出。SMPS和LDO的輸入引腳需要連接到系統(tǒng)電源，而輸出引腳則提供相應(yīng)的電源輸出。部分引腳還具有多重功能，如GPIO引腳可用于通用輸入輸出、外設(shè)電源請(qǐng)求、時(shí)鐘同步等。

2.2 信號(hào)描述

每個(gè)信號(hào)都有其特定的電平、輸入輸出類型、上拉/下拉配置和活動(dòng)狀態(tài)。例如，PWRON引腳為低電平觸發(fā)的外部電源開啟事件輸入，BOOT引腳用于電源啟動(dòng)序列選擇。不同的信號(hào)在不同的狀態(tài)下發(fā)揮著重要作用，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行合理配置。

三、規(guī)格參數(shù)

3.1 絕對(duì)最大額定值

了解器件的絕對(duì)最大額定值對(duì)于確保其安全運(yùn)行至關(guān)重要。TPS65917-Q1的電壓、電流、溫度等參數(shù)都有相應(yīng)的最大限制，如VCCA引腳的電壓范圍為 -0.3至6 V ，所有引腳的峰值輸出電流為 -5至5 mA ，結(jié)溫范圍為 -45至150°C 等。超過這些額定值可能會(huì)導(dǎo)致器件永久性損壞。

3.2 ESD額定值

該器件具有一定的靜電放電（ESD）保護(hù)能力，HBM為±2000 V ，部分引腳的CDM為±750 V 。在實(shí)際應(yīng)用中，仍需采取適當(dāng)?shù)腅SD防護(hù)措施，以避免ESD對(duì)器件造成損害。

3.3 推薦工作條件

為了獲得最佳性能，建議在推薦的工作條件下使用該器件。系統(tǒng)電壓輸入引腳VCCA的推薦范圍為3.135至5.25 V ，不同的電源調(diào)節(jié)器和引腳也有相應(yīng)的電壓、電流和溫度要求。同時(shí)，為了保持結(jié)溫在推薦范圍內(nèi)，可能需要采取額外的散熱策略。

3.4 熱信息

了解器件的熱特性有助于合理設(shè)計(jì)散熱方案。TPS65917-Q1的熱阻參數(shù)包括結(jié)到環(huán)境熱阻、結(jié)到外殼熱阻等，這些參數(shù)可以幫助工程師評(píng)估器件在不同工作條件下的散熱情況。

3.5 電氣特性

詳細(xì)的電氣特性參數(shù)為工程師提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。例如，LDO調(diào)節(jié)器的輸入輸出電壓范圍、輸出電流能力、壓降、靜態(tài)電流等參數(shù)，以及SMPS調(diào)節(jié)器的輸入輸出電壓范圍、輸出電流精度、紋波、負(fù)載調(diào)節(jié)等參數(shù)。這些參數(shù)的了解對(duì)于確保電源的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要。

3.6 開關(guān)特性

開關(guān)特性描述了器件在開關(guān)過程中的性能。例如，LDO調(diào)節(jié)器的開啟和關(guān)閉時(shí)間，SMPS調(diào)節(jié)器的開關(guān)頻率、啟動(dòng)時(shí)間、斜坡時(shí)間等。這些特性對(duì)于優(yōu)化電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和效率非常重要。

3.7 典型特性

典型特性曲線展示了器件在不同條件下的性能表現(xiàn)，如SMPS的效率曲線、負(fù)載調(diào)節(jié)曲線等。通過分析這些曲線，工程師可以更好地了解器件的性能特點(diǎn)，為設(shè)計(jì)提供參考。

四、詳細(xì)描述

4.1 概述

TPS65917-Q1是一款高度集成的電源管理集成電路，采用48引腳、0.5 - mm間距、7 - mm × 7 - mm QFN封裝。它為汽車應(yīng)用提供了全面的電源解決方案，包括多個(gè)可配置的降壓轉(zhuǎn)換器、LDO調(diào)節(jié)器、GPADC、GPIO等功能模塊。

4.2 功能框圖

功能框圖清晰地展示了器件內(nèi)部各個(gè)模塊的連接和功能關(guān)系。通過這個(gè)框圖，我們可以看到電源的輸入、處理和輸出過程，以及各個(gè)模塊之間的交互。例如，SMPS和LDO的輸入來自系統(tǒng)電源，經(jīng)過內(nèi)部調(diào)節(jié)后為不同的負(fù)載提供電源；GPADC用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種參數(shù)，如電壓、電流和溫度等。

4.3 設(shè)備狀態(tài)機(jī)

TPS65917-Q1的嵌入式電源控制器（EPC）負(fù)責(zé)管理設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。根據(jù)不同的請(qǐng)求（ON、OFF、WAKE、SLEEP），EPC執(zhí)行相應(yīng)的電源序列（OFF2ACT、ACT2OFF、SLP2OFF、ACT2SLP、SLP2ACT），以控制設(shè)備資源的狀態(tài)。設(shè)備的狀態(tài)包括NO SUPPLY、BACKUP、OFF、ACTIVE和SLEEP等，每個(gè)狀態(tài)都有其特定的條件和操作。

4.4 電源資源

電源資源包括降壓調(diào)節(jié)器和LDO調(diào)節(jié)器，它們?yōu)橥獠刻幚砥骱诵摹⑼獠拷M件和內(nèi)部模塊提供所需的電源。降壓調(diào)節(jié)器支持強(qiáng)制PWM模式和Eco - mode ，可根據(jù)負(fù)載情況選擇合適的工作模式，以提高效率。LDO調(diào)節(jié)器可連接到系統(tǒng)電源或預(yù)調(diào)節(jié)電源，輸出電壓可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

4.5 其他功能模塊

• GPADC：12位Sigma - Delta通用ADC具有8個(gè)輸入通道，可用于監(jiān)測(cè)各種模擬信號(hào)。它支持異步和周期性轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果可通過I2C接口讀取。
• GPIO：七個(gè)可配置的GPIO引腳具有多重功能，可用于通用輸入輸出、外設(shè)電源請(qǐng)求、時(shí)鐘同步等。引腳的配置和控制通過一系列寄存器進(jìn)行。
• 熱監(jiān)測(cè)：器件集成了兩個(gè)熱檢測(cè)模塊，可監(jiān)測(cè)芯片溫度。當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值時(shí)，會(huì)發(fā)出警告或觸發(fā)熱關(guān)斷功能，以保護(hù)器件安全。
• 中斷：TPS65917-Q1的中斷系統(tǒng)可將各種事件通知給處理器。中斷分為四個(gè)寄存器組，每個(gè)組有相應(yīng)的狀態(tài)、掩碼和線路狀態(tài)寄存器。通過配置這些寄存器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷的靈活控制。

五、應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)與布局

5.1 應(yīng)用信息

TPS65917-Q1適用于汽車應(yīng)用處理器的電源管理。為了確保器件的性能，需要在推薦的工作條件下使用，并采取適當(dāng)?shù)纳岷筒季植呗浴＠?，?a href="http://m.brongaenegriffin.com/v/tag/82/" target="_blank">PCB布局時(shí)，應(yīng)合理放置輸入和輸出電容、電感等元件，以減少干擾和提高電源的穩(wěn)定性。

5.2 典型應(yīng)用

在典型的ADAS系統(tǒng)中，TPS65917-Q1為處理器和各種外設(shè)提供電源。不同的電源調(diào)節(jié)器為不同的負(fù)載提供合適的電壓和電流，如SMPS為CPU、GPU和SRAM供電，LDO為I/O和低噪聲模塊供電。同時(shí)，GPADC可用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電壓和溫度，GPIO可用于控制外設(shè)和實(shí)現(xiàn)電源序列。

5.3 布局

布局對(duì)于開關(guān)模式電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要。遵循一些通用的布局規(guī)則，如使用實(shí)心接地平面、將輸入電容靠近器件輸入引腳、減小相節(jié)點(diǎn)的回路面積等，可以減少電磁干擾，提高器件的EMI抗擾性和安全性。同時(shí)，要注意控制各連接點(diǎn)的寄生電感和電阻，確保器件的正常運(yùn)行。

5.4 電源供應(yīng)耦合與大容量電容

TPS65917-Q1的輸入電源應(yīng)連接到VCCA引腳，并使用適當(dāng)?shù)呐月冯娙葸M(jìn)行濾波。如果輸入電源距離器件較遠(yuǎn)，可能需要增加額外的電容。在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮電源的穩(wěn)定性和抗干擾能力，以確保器件在各種情況下都能正常工作。

六、設(shè)備與文檔支持

6.1 設(shè)備支持

了解器件的相關(guān)術(shù)語和縮寫對(duì)于正確使用器件非常重要。同時(shí)，TI對(duì)第三方產(chǎn)品的聲明也提醒我們?cè)谶x擇和使用相關(guān)產(chǎn)品時(shí)要謹(jǐn)慎。

6.2 文檔支持

TI提供了豐富的相關(guān)文檔，如參考設(shè)計(jì)、用戶指南、寄存器映射等。這些文檔可以幫助工程師更好地了解和使用TPS65917-Q1，解決設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。

6.3 文檔更新通知

通過在ti.com上注冊(cè)，可以接收文檔更新通知，及時(shí)了解器件的最新信息和改進(jìn)。

6.4 社區(qū)資源

TI的E2E在線社區(qū)為工程師提供了一個(gè)交流和解決問題的平臺(tái)。在這里，我們可以與其他工程師分享經(jīng)驗(yàn)、探討技術(shù)問題，獲取更多的設(shè)計(jì)支持。

七、總結(jié)

TPS65917-Q1是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)異的電源管理單元，為汽車應(yīng)用提供了全面的電源解決方案。通過合理的設(shè)計(jì)和布局，我們可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體的需求和場(chǎng)景，對(duì)器件進(jìn)行深入的研究和調(diào)試，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。大家在使用過程中遇到任何問題，歡迎在評(píng)論區(qū)交流討論。