LP3907可編程電源管理單元評(píng)估套件使用指南

一、LP3907概述

LP3907是一款多功能、可編程的電源管理單元，專為低功耗FPGA、微處理器和DSP進(jìn)行了優(yōu)化。它集成了兩個(gè)高效的1A/600mA降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器（具備動(dòng)態(tài)電壓管理功能）、兩個(gè)300mA線性穩(wěn)壓器，以及一個(gè)400kHz的I2C兼容接口，可讓主機(jī)控制器訪問LP3907的內(nèi)部控制寄存器。此外，它還具備可編程的上電排序功能，采用了4 x 4 x 0.8mm的WQFN 24引腳封裝。這一設(shè)計(jì)使得LP3907在低功耗設(shè)備的電源管理方面具有很強(qiáng)的競爭力，大家不妨思考一下，這種多功能集成對(duì)于設(shè)備的整體性能會(huì)帶來哪些具體的提升呢？

文件下載：LP3907SQ-JXQXEV.pdf

二、評(píng)估套件概述

LP3907評(píng)估套件基于模塊化系統(tǒng)，實(shí)際的評(píng)估板通過USB - I2C接口板連接到PC。該套件支持對(duì)LP3907電路進(jìn)行完整的功能評(píng)估，其組成包括：

1. 帶USB接口的LP3907評(píng)估板
2. USB接口電纜
3. PC評(píng)估軟件
4. LP3907數(shù)據(jù)手冊(cè)
5. 評(píng)估手冊(cè)（即本文檔）

三、評(píng)估套件設(shè)置

3.1 靜電防護(hù)

在操作評(píng)估套件時(shí)，一定要使用ESD防護(hù)措施，防止不必要的靜電放電事件損壞設(shè)備。

3.2 連接與驅(qū)動(dòng)安裝

LP3907評(píng)估板左側(cè)應(yīng)有USB接口，使用附帶的USB電纜將其連接到PC的USB端口。首次插入U(xiǎn)SB板時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)提示“發(fā)現(xiàn)新硬件”并安裝USB驅(qū)動(dòng)。若未出現(xiàn)此提示，可嘗試重新插拔電纜。

3.3 軟件運(yùn)行

可以直接從提供的CD中雙擊圖標(biāo)運(yùn)行LP3907評(píng)估軟件，但建議將其復(fù)制到PC硬盤后再運(yùn)行。該軟件支持WinXP和Windows 2000系統(tǒng)，運(yùn)行時(shí)可能需要Win XP系統(tǒng)管理員權(quán)限。

四、注意事項(xiàng)

4.1 跳線設(shè)置

在更改電源跳線設(shè)置（USBPower跳線）時(shí)，務(wù)必先斷開USB電纜，否則可能導(dǎo)致USB板無響應(yīng)。

4.2 接口與軟件問題

若USB接口無響應(yīng)或軟件掛起，可按下復(fù)位按鈕，或斷開USB電纜5秒鐘。USB接口板的詳細(xì)操作可參考隨附的USB接口手冊(cè)。

4.3 寄存器編程

評(píng)估軟件可通過滑塊和按鈕控制設(shè)備的所有必要寄存器。直接寄存器編程僅用于調(diào)試目的，因?yàn)榘l(fā)送錯(cuò)誤值可能會(huì)損壞部件。

4.4 外部電源使用

當(dāng)使用外部電源且USB電纜未插入評(píng)估板時(shí)，要確保移除連接USB接口與芯片的跳線，包括USBPOWER、GND平面、SDA、SCL和所有ADC跳線。

五、快速上手

由于內(nèi)部上拉電阻，插入U(xiǎn)SB電纜后LP3907應(yīng)立即激活。為避免損壞部件，務(wù)必閱讀“LP3907板供電”部分。快速啟動(dòng)時(shí)，需短接（連接）LP3907評(píng)估板上除JP8和JP7之外的所有跳線，這兩個(gè)跳線用于內(nèi)部測試，將LDO輸出短路到GND。同時(shí)可忽略4針USB編程接口。啟動(dòng)GUI后，底部的接口控制應(yīng)顯示“OK”，這表明電源正常啟動(dòng)。若需通過充電器適配器為LP3907上電的更多信息，可參考LP3907評(píng)估套件CD中提供的LP3907數(shù)據(jù)手冊(cè)。

六、評(píng)估軟件使用

6.1 寄存器接口（直接讀寫）

通過I2C兼容串行接口建立的寄存器控制，允許用戶直接對(duì)寄存器進(jìn)行編程。但需注意，此功能僅用于調(diào)試，因?yàn)榘l(fā)送錯(cuò)誤值可能損壞部件。相比之下，軟件提供的滑塊和按鈕能以更交互的方式完成相同命令，且更不易出錯(cuò)。

6.1.1 寄存器控制使用

直接寄存器訪問分為直接寄存器寫入和直接寄存器讀取兩部分。寫入特定寄存器時(shí)，在框中輸入十六進(jìn)制的寄存器地址，通過特定位按鈕設(shè)置值，然后點(diǎn)擊“寫入”；讀取二進(jìn)制值時(shí)，在右側(cè)框中輸入十六進(jìn)制的寄存器地址，點(diǎn)擊“讀取”。例如，要關(guān)閉除LDO1穩(wěn)壓器之外的所有穩(wěn)壓器，可在“Addr (HEX):”框中輸入數(shù)字10，點(diǎn)擊二進(jìn)制占位符4，再點(diǎn)擊“存儲(chǔ)”，點(diǎn)擊“讀取”按鈕時(shí)，寄存器應(yīng)顯示存儲(chǔ)的值（00010000）。不過，同樣的功能通過圖形界面實(shí)現(xiàn)會(huì)更簡單，建議僅在必要時(shí)使用直接寄存器訪問。此外，寄存器配置文件接口允許用戶保存設(shè)置，供以后使用，GUI可保存兩組配置文件。

6.2 芯片控制接口

若IC狀態(tài)改變或用戶為寄存器分配新值，若未啟用“自動(dòng)輪詢”按鈕，GUI可能無法反映這些變化。點(diǎn)擊“讀取所有”按鈕可手動(dòng)更新GUI，使其反映IC的最新狀態(tài)?！白詣?dòng)輪詢”復(fù)選框默認(rèn)開啟，每秒刷新GUI，確保其反映芯片當(dāng)前狀態(tài)；“自動(dòng)寫入”復(fù)選框默認(rèn)也開啟，若用戶不想更改芯片設(shè)置，可取消勾選?！澳J(rèn)值”按鈕可將芯片上的所有寄存器設(shè)置為默認(rèn)值，“測量”按鈕可更新USB接口上ADC測量的芯片值，“退出”按鈕可退出程序。

6.3 穩(wěn)壓器輸出電壓選擇

所有LDO和降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓可通過I2C控制寄存器編程，只需移動(dòng)滑塊即可。降壓穩(wěn)壓器有兩個(gè)滑塊和一個(gè)“保持/斜坡”按鈕，用于控制輸出電壓。若未按下“保持/斜坡”按鈕，用戶無法將降壓穩(wěn)壓器調(diào)整到第二個(gè)電壓。降壓穩(wěn)壓器的輸出將反映點(diǎn)擊單選按鈕（V1或V2）的滑塊設(shè)置。此外，降壓穩(wěn)壓器還有一個(gè)“保持/斜坡”滑塊，用于確定穩(wěn)壓器調(diào)整到第二個(gè)編程電壓的速度，斜坡時(shí)間從芯片接收到I2C信號(hào)開始計(jì)算。所有穩(wěn)壓器也可通過20針插頭上的不同配置設(shè)置進(jìn)行硬件啟用或禁用，降壓穩(wěn)壓器在板上還有額外的啟用測試點(diǎn)。用戶還可強(qiáng)制降壓穩(wěn)壓器進(jìn)入PWM模式，點(diǎn)擊GUI上的“強(qiáng)制PWM”復(fù)選框可使相應(yīng)穩(wěn)壓器即使在輕載（PFM模式）下也保持PWM模式，再次點(diǎn)擊可禁用強(qiáng)制PWM模式。降壓轉(zhuǎn)換器有一個(gè)滑塊接口，可提供可調(diào)輸出電壓，將滑塊滑到底部，可使用外部電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置降壓輸出電壓。但在電池為系統(tǒng)供電時(shí)，不建議使用強(qiáng)制PWM模式。USB接口還包含ADC，用于測量穩(wěn)壓器的輸出電壓，連接USB接口ADC跳線，點(diǎn)擊GUI上的“測量”按鈕即可測量外部電壓。

6.4 降壓和EN_T控制

控制/狀態(tài)位控制菜單可控制芯片的多個(gè)方面：

1. 溫度：反映穩(wěn)壓器的狀態(tài)，若降壓或LDO穩(wěn)壓器因溫度超出調(diào)節(jié)范圍，將在面板中顯示。
2. 系統(tǒng)延遲序列：允許用戶為芯片啟動(dòng)編程預(yù)設(shè)延遲序列。
3. 啟用降壓外部時(shí)鐘：勾選此選項(xiàng)，用戶需向IC的SYNC引腳輸入13MHz時(shí)鐘；未勾選則降壓穩(wěn)壓器內(nèi)部以2MHz時(shí)鐘運(yùn)行。
4. 擴(kuò)頻、SS調(diào)制：有助于減少降壓開關(guān)的噪聲，詳細(xì)信息可參考LP3907數(shù)據(jù)手冊(cè)的“擴(kuò)頻”部分。
5. 旁路欠壓鎖定（UVLO）：此選項(xiàng)可禁用欠壓鎖定功能，當(dāng)電源電壓低于2.8V時(shí)，該功能會(huì)自動(dòng)禁用穩(wěn)壓器。
6. 上電復(fù)位（POR）延遲：設(shè)置上電復(fù)位功能的延遲時(shí)間，更多細(xì)節(jié)可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)的“靈活上電復(fù)位”部分。

七、評(píng)估硬件使用

7.1 LP3907板供電

7.1.1 外部電源

若穩(wěn)壓器連接有負(fù)載，建議使用外部電源為LP3907供電?？墒褂秒姵鼗驂κ竭m配器為LP3907評(píng)估板供電，將電壓施加到VDD_M引腳（參考GND_M）。在施加電源到VDD_M之前，務(wù)必?cái)嚅_USBPOWER跳線，否則可能損壞USB芯片和/或IC。使用外部電源供電時(shí)，GUI的全部功能仍然可用。需注意，若VDD_M的電源接近2.8V且穩(wěn)壓器上有大負(fù)載電流，芯片可能因UVLO而斷電，可勾選“旁路UVLO”功能來禁用該功能。

7.1.2 USB接口供電

若沒有外部電源或電池，可使用USB板為LP3907芯片供電，將USBPOWER跳線連接到LP3907評(píng)估板的5V引腳。需要注意的是，使用USB供電時(shí)，應(yīng)斷開VDD_M引腳的外部電源。USB接口卡可提供5V（默認(rèn)設(shè)置，USBPOWER需設(shè)置為5V）和3.3V（USBPOWER需設(shè)置為3.3V，適用于需要較低電壓的情況）兩種電壓。

7.2 通過20針插頭進(jìn)行啟用配置

通過在20針插頭上跳線，可以啟用或禁用不同的穩(wěn)壓器。將穩(wěn)壓器的啟用引腳接地的一個(gè)實(shí)際用途是發(fā)出系統(tǒng)延遲序列（EN_T）信號(hào)，芯片通過EN_T斷言供電的詳細(xì)信息可參考數(shù)據(jù)手冊(cè)的“上電”部分。

7.3 LP3907硬件模塊描述

評(píng)估板完全配備了LP3907。該評(píng)估板設(shè)計(jì)允許用戶獨(dú)立測試每個(gè)功能，也可進(jìn)行系統(tǒng)測試。通過跳線表中描述的跳線1 - 6，可將每個(gè)模塊的VDD和GND路徑與其他模塊分離。測試每個(gè)模塊的步驟如下：

1. 連接所有跳線（不包括USBPOWER、JP7和JP8）。
2. 使用提供的GUI禁用所需模塊。
3. 根據(jù)跳線表移除連接跳線（JP1、JP2、JP4或JP6），隔離測試模塊的電源和接地平面。
4. 將電源（VOUT + 0.3V）連接到所需模塊的輸入（參考其相應(yīng)的接地）。
5. 啟用模塊并進(jìn)行正常測試。

低壓差穩(wěn)壓器的輸出電壓可在評(píng)估板絲印標(biāo)記的“Turrets”（LDO1和LDO2）處訪問（參考GND_M），兩個(gè)降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓可在“Turrets” VBUCK1、VBUCK2處訪問（參考GND_SW1和GND_SW2）。外部電源可連接到VDD_M（參考GND_M），提供給系統(tǒng)的電壓必須在2.7V（旁路UVLO時(shí)）至5.5V之間。SMB連接器位于VBUCK1和VBUCK2上方，分別連接到Buck1和Buck2的SW引腳，可用于監(jiān)測穩(wěn)壓器的開關(guān)情況。兩個(gè)I2C兼容信號(hào)SDA和SCL可通過I2C SCL和I2C SDA的Turrets外部訪問，兩條線通過22K電阻R1、R2上拉。每個(gè)降壓開關(guān)穩(wěn)壓器可通過外部電阻反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行外部補(bǔ)償，若用戶希望芯片采用工廠編程設(shè)置進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償，應(yīng)在Buck1的R14和Buck2的R11上放置0歐姆電阻。

八、Gerber文件

LP3907評(píng)估板是四層板，隨附的CD中有Cadence allegro格式的Gerber文件。

九、PCB布局考慮

9.1 整體布局

評(píng)估板從頂層到底層依次為：頂層（元件面）、接地層、中間信號(hào)層、底層（焊接面）。為保證電路性能，輸入和輸出電容應(yīng)靠近電路放置，大電流走線應(yīng)采用寬線。敏感元件應(yīng)遠(yuǎn)離高脈動(dòng)電流的元件，去耦電容應(yīng)靠近電路的VIN引腳。數(shù)字地和模擬地應(yīng)分開布線，并通過星型連接方式連接在一起，同時(shí)應(yīng)盡量減少大電流和開關(guān)電流路徑。

9.2 低壓差穩(wěn)壓器

濾波電容應(yīng)靠近輸入和輸出引腳放置，大電流走線和接地返回線應(yīng)采用較大的線寬。

9.3 降壓穩(wěn)壓器

電源旁路電容、濾波電容和電感應(yīng)靠近放置，走線應(yīng)盡量短。這些元件之間的走線承載相對(duì)較高的開關(guān)電流，類似天線，遵循此規(guī)則可減少輻射噪聲。組件的排列應(yīng)使開關(guān)電流環(huán)路方向一致。使用大面積元件面銅填充作為偽接地平面，將降壓接地和電容接地連接在一起，然后在單點(diǎn)連接到電路板系統(tǒng)接地平面。將偽接地平面放置在這些元件下方，并在電流環(huán)路外將其連接到輸出電容的系統(tǒng)接地，可防止開關(guān)電流將噪聲注入系統(tǒng)接地。這些組件以及電感和輸出應(yīng)放置在電路板的同一側(cè)，且連接應(yīng)在同一層進(jìn)行。應(yīng)將電壓反饋路徑等對(duì)噪聲敏感的走線遠(yuǎn)離電感，可通過在底層布線或在開關(guān)節(jié)點(diǎn)和反饋路徑之間添加接地銅區(qū)域來實(shí)現(xiàn)。為減少功率組件之間的噪聲走線，應(yīng)使數(shù)字線遠(yuǎn)離該區(qū)域。反饋節(jié)點(diǎn)應(yīng)盡量小，以便接地引腳和接地走線能屏蔽其免受SW或降壓輸出的影響。功率組件之間以及與DC - DC轉(zhuǎn)換器電路的電源連接應(yīng)使用寬走線，以減少電阻損耗引起的電壓誤差。對(duì)于感測線，應(yīng)使用開爾文接觸連接。

十、LP3907評(píng)估板主要組件列表

以上就是LP3907可編程電源管理單元評(píng)估套件的詳細(xì)使用指南和相關(guān)技術(shù)要點(diǎn)，希望對(duì)各位電子工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)和測試過程中有所幫助。大家在使用過程中遇到任何問題，都可以隨時(shí)交流探討。