探索ISL6548A_6506EVAL1Z：嵌入式ACPI DDR電源解決方案

在電子設(shè)計領(lǐng)域，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)，特別是對于計算機(jī)系統(tǒng)中的DDR內(nèi)存電源。今天，我們將深入探討ISL6548A_6506EVAL1Z評估板，它為我們提供了一個完整的ACPI兼容電源解決方案，適用于具有雙通道DDRI、DDRII或DDRIII內(nèi)存系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)。

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一、產(chǎn)品概述

芯片組合功能

ISL6548A與ISL6506協(xié)同工作，為計算機(jī)系統(tǒng)提供了必要的控制、保護(hù)和適當(dāng)?shù)腁CPI排序，涵蓋了5VDUAL、3.3VDUAL、VDDQ_DDR、VTT_DDR、VDAC、VGMCH和VTT_GMCH/CPU等多個電源軌。

ISL6548A特性

• VDDQ_DDR供電：采用同步降壓控制器，在S0/S1（運(yùn)行）狀態(tài)下提供高電流，在S3（掛起到RAM）狀態(tài)下提供待機(jī)電流。
• VTT_DDR調(diào)節(jié)：集成的源-沉調(diào)節(jié)器可產(chǎn)生精確的（VDDQ_DDR/2）高電流VTT_DDR電壓。
• VGMCH調(diào)節(jié)：PWM控制器與外部柵極驅(qū)動器IC配合，調(diào)節(jié)VGMCH電壓。
• LDO控制器：兩個LDO控制器分別調(diào)節(jié)VDAC和VTT_GMCH/CPU，其中VTT_GMCH/CPU的LDO能夠源和沉電流。

ISL6506特性

控制5VDUAL和3.3VDUAL電源軌，有三種版本可供選擇，具體版本取決于5V Dual在S4/S5狀態(tài)下是否需要激活。

二、快速啟動評估

開箱即用

ISL6548A_6506EVAL1Z評估板開箱即可使用，支持使用ATX電源進(jìn)行測試。所有七個輸出都可以通過外部負(fù)載進(jìn)行測試，VDDQ和VTT調(diào)節(jié)器能夠源或沉電流，而其他輸出僅能源電流。

測試點(diǎn)與開關(guān)

評估板上每個調(diào)節(jié)輸出軌都有測試點(diǎn)，方便加載負(fù)載和監(jiān)測電壓。此外，還有18個單獨(dú)標(biāo)記的探針點(diǎn)，為設(shè)計者提供了對感興趣信號的開爾文連接。板上的兩個開關(guān)用于模擬ACPI信號，生成SLP_S3和SLP_S5信號，發(fā)送到ISL6506、ISL6548A和ATX。

推薦測試設(shè)備

為了全面測試ISL6548A和ISL6506的功能，推薦使用以下設(shè)備：

• 最小160W配置的ATX電源
• 多個電子負(fù)載
• 帶探頭的四通道示波器
• 精密數(shù)字萬用表

三、電路設(shè)置

開關(guān)設(shè)置

確保S3開關(guān)處于ACTIVE位置，S5開關(guān)處于S5位置，這樣在初始上電時，評估板將進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

ATX電源連接

將ATX電源的20針連接器插入評估板的20針插座J1。如果ATX電源有主AC開關(guān)，在施加AC電壓之前將其關(guān)閉。

負(fù)載連接

評估板上的電源、接地和信號連接點(diǎn)位置在圖1中詳細(xì)顯示。在連接負(fù)載時，需要注意VTT_DDR從VDDQ_DDR軌級聯(lián)，VTT_GMCH/CPU從VGMCH軌級聯(lián)，任何級聯(lián)軌的負(fù)載都會影響提供輸入的軌，因此在加載之前需要考慮這一點(diǎn)。

四、操作步驟

上電

將ATX電源插入市電，如果電源有AC開關(guān)，將其打開。當(dāng)S3和S5開關(guān)分別處于ACTIVE和S5位置時，評估板將處于S5睡眠狀態(tài)，此時板上的電壓為ATX提供的5VSBY和ISL6506控制的3VDUAL。

啟用電路

將S5開關(guān)切換到ACTIVE位置，評估板將進(jìn)入S0狀態(tài)，所有輸出應(yīng)正常啟動。

波形和輸出質(zhì)量檢查

在進(jìn)入S0狀態(tài)后，立即啟動。使用示波器或其他實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，可以研究輸出的上升和調(diào)節(jié)情況?？梢酝ㄟ^電子負(fù)載或離散功率電阻來加載輸出。

五、參考設(shè)計

設(shè)計概述

ISL6548A_6506EVAL1Z評估板展示了ISL6548A和ISL6506在嵌入式ACPI和DDR DRAM內(nèi)存電源應(yīng)用中的操作。VDDQ_DDR電源設(shè)計為在最大負(fù)載15A時提供1.8V電壓，VTT_DDR終端電源將以50%的比例跟蹤VDDQ_DDR電源，同時能夠源或沉電流。第二個PWM控制器設(shè)計為在1.5V時為VGMCH提供高達(dá)10A的電流，單級LDO分別為VDAC提供2.5V電壓，為VTT_GMCH/CPU提供1.2V電壓。

電源啟動和狀態(tài)轉(zhuǎn)換

• 睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換：支持多種狀態(tài)轉(zhuǎn)換，包括冷啟動（S5到S0）、活動到睡眠（S0到S3）、睡眠到活動（S3到S0）和活動到關(guān)機(jī)（S0到S5）。具體的開關(guān)位置和對應(yīng)的ACPI狀態(tài)在表1中列出。
• 初始上電 - 冷啟動：在施加AC電源到ATX之前，將S3和S5開關(guān)都切換到ACTIVE位置，當(dāng)AC電源施加到ATX后，5VSBY軌上升，評估板將立即進(jìn)入S0狀態(tài)。
• S5睡眠狀態(tài)到S0狀態(tài)轉(zhuǎn)換：在施加AC電源到ATX之前，將S5開關(guān)切換到S5位置，當(dāng)AC電壓施加到ATX后，5VSBY軌上升，評估板將立即進(jìn)入S5睡眠狀態(tài)。當(dāng)S5開關(guān)切換到ACTIVE位置時，將發(fā)生從S5狀態(tài)到S0狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
• S0到S3睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換：將S3開關(guān)切換到S3位置，實(shí)現(xiàn)從S0狀態(tài)到S3睡眠狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過程中，需要將VDDQ_DDR軌上的負(fù)載降低到5VDUAL軌能夠支持的水平，否則VDDQ_DDR電壓將崩潰。
• S3到S0狀態(tài)轉(zhuǎn)換：將S3開關(guān)返回到ACTIVE位置，實(shí)現(xiàn)從S3睡眠狀態(tài)到S0狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。一旦PGOOD信號被斷言，VDDQ_DDR軌可以加載超過5VDUAL在S3狀態(tài)下的負(fù)載限制。

ACPI啟動時序

ISL6506和ISL6548A芯片組設(shè)計為在典型主板的整體啟動或睡眠恢復(fù)過程中，在特定的時間窗口內(nèi)啟動關(guān)鍵的ACPI和內(nèi)存電壓。圖6顯示了通用的桌面睡眠狀態(tài)到喚醒狀態(tài)的時序。在時間T1，SLP_S3#或SLP_S5#信號變?yōu)楦唠娖?，系統(tǒng)進(jìn)入S0狀態(tài)。在時間T2，PS_ON信號變?yōu)榈碗娖剑預(yù)TX電源開啟。在時間T3，ATX軌上升到其目標(biāo)標(biāo)稱水平的95%。在時間T4，ATX電源的PWR_OK信號開始上升。在時間T5，ATX PWR_OK信號變?yōu)楦唠娖?。在時間T6，PCIRST#信號變?yōu)楦唠娖剑偩€流量恢復(fù)，系統(tǒng)喚醒。

六、評估板設(shè)計

ISL6506電路

ISL6506集成了5VDUAL和3.3VDUAL軌所需的所有ACPI時序、控制和監(jiān)測功能，同時保持了較低的元件數(shù)量。選擇Vishay Si7840作為N溝道MOSFET通過元件，選擇Vishay Si7483作為P溝道MOSFET，主要考慮了它們的低rDS(ON)和熱性能。

ISL6548A電路

• VDDQ_DDR開關(guān)調(diào)節(jié)器：設(shè)計用于處理15A的連續(xù)輸出負(fù)載，同時保持1.8V電壓。采用兩個上MOSFET和兩個下MOSFET，選擇Vishay Si7840BDP。通過使用大值電容和陶瓷電容來滿足瞬態(tài)規(guī)格，輸出電感設(shè)計為使輸出軌上的紋波電壓約為20mV。采用Type III補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• VGMCH開關(guān)調(diào)節(jié)器：通過開關(guān)調(diào)節(jié)器從3.3V ATX軌降壓轉(zhuǎn)換來調(diào)節(jié)VGMCH軌。ISL6548A集成了開關(guān)調(diào)節(jié)器的所有控制方面，使用ISL6613驅(qū)動開關(guān)MOSFET，選擇Vishay Si7844作為MOSFET。輸出電感與VDDQ調(diào)節(jié)器的輸入和輸出電感相同，輸出電容允許大量電容，同時將輸出紋波最小化到小于40mV。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)為Type III，系統(tǒng)帶寬約為30kHz。
• LDO調(diào)節(jié)器：VTT_DDR調(diào)節(jié)器的控制電路和通過元件集成在ISL6548A中。VDAC和VTT_GMCH/CPU通過內(nèi)部LDO控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，選擇Vishay Si7840BDP作為通過元件。所有LDO的輸出電容選擇為保持穩(wěn)定的輸出軌，同時最小化負(fù)載瞬態(tài)引起的電壓波動。
• Grantsdale VDAC排序電路：Grantsdale芯片組對VDAC軌的啟動和關(guān)閉時序與VGMCH軌有特殊要求。評估板上的電路確保在啟動時，VDAC軌在VGMCH軌達(dá)到至少0.7V之前不會啟動；在進(jìn)入睡眠狀態(tài)時，VDAC軌必須在VGMCH軌開始下降之前降至VGMCH軌以下。

七、評估板性能

開關(guān)調(diào)節(jié)器紋波電壓

圖8顯示了VDDQ和VGMCH輸出的紋波電壓。

瞬態(tài)性能

圖9 - 14顯示了在活動（S0）狀態(tài)下，輸出在各種瞬態(tài)負(fù)載下的響應(yīng)。VDDQ_DDR和VGMCH調(diào)節(jié)器能夠快速將輸出電壓恢復(fù)到調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。VTT_DDR軌的負(fù)載會影響VDDQ_DDR軌，但VTT_DDR軌的響應(yīng)比VDDQ_DDR軌更快，因?yàn)榫€性調(diào)節(jié)器的響應(yīng)速度更快。

故障保護(hù)

圖16 - 20顯示了系統(tǒng)對VDDQ_DDR軌、VTT軌、VGMCH軌、VTT_GMCH/CPU軌和VDAC軌短路的響應(yīng)。

效率

圖21顯示了VDDQ_DDR和VGMCH開關(guān)調(diào)節(jié)器在S0狀態(tài)下的效率。由于其他調(diào)節(jié)輸出通過線性調(diào)節(jié)獲得，因此未顯示它們的效率。

八、定制化

設(shè)計者可以通過多種方式修改ISL6548A_6506EVAL1Z評估板以滿足不同的需求，例如：

• 更改VDDQ_DDR調(diào)節(jié)器的輸入和輸出電感，以及VGMCH調(diào)節(jié)器的輸出電感。
• 調(diào)整任何調(diào)節(jié)器的輸入和輸出電容。
• 通過OCSET電阻R200編程VDDQ_DDR調(diào)節(jié)器的過流跳閘點(diǎn)。
• 更改C104的值以改變VTT_DDR軌從睡眠到活動狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的軟啟動曲線。
• 評估板上的所有MOSFET焊盤允許使用SO8或PowerPak封裝的MOSFET。
• 通過在R15和R18位置放置零歐姆跳線繞過ISL6506控制。
• 除VTT_DDR外，通過更改相應(yīng)調(diào)節(jié)器的電壓編程電阻來修改任何調(diào)節(jié)器的輸出電壓。
• 通過在Rx11位置填充0Ω跳線來消除S3#和S5#信號對ATX電源的影響。

九、總結(jié)

ISL6548A_6506EVAL1Z是一個多功能的平臺，使設(shè)計者能夠全面了解ISL6506和ISL6548A芯片組在ACPI兼容系統(tǒng)中的功能。該評估板還具有足夠的靈活性，允許設(shè)計者根據(jù)不同的需求進(jìn)行修改。通過本文的介紹，相信大家對ISL6548A_6506EVAL1Z有了更深入的了解，你在實(shí)際設(shè)計中是否會考慮使用這個評估板呢？歡迎在評論區(qū)分享你的想法。