XRP7724/7725EVB-DEMO-2：四通道數(shù)字PWM/PFM演示板的技術剖析

在電子設計領域，電源管理系統(tǒng)的性能和可編程性至關重要。今天，我們將深入探討XRP7724/7725EVB - DEMO - 2這款四通道數(shù)字PWM/PFM演示板，它為混合信號可編程電源管理系統(tǒng)帶來了新的方向。

文件下載：XRP7724EVB-DEMO-2-KITA.pdf

一、概述

XRP7724/7725EVB - DEMO - 2是一個完整的四通道電源系統(tǒng)。它能夠分別提供3.3V、2.5V、1.5V和1V的輸出電壓，最大負載電流分別為3A、3A、5A和10A。其中，1.5V和1V電源可按2.5mV增量調(diào)節(jié)，2.5V電源按5mV增量調(diào)節(jié)，3.3V電源按10mV增量調(diào)節(jié)。每個電源的啟動順序和斜坡速率都可以編程，以滿足任何時序要求。所有電源操作都可以通過I2C接口進行控制，同時還能監(jiān)測故障、輸出電壓和電流。此外，該板還提供兩個GPIO和三個PSIO信號，可編程實現(xiàn)各種功能，未使用的GPIO/PSIO引腳還能作為微控制器的I/O擴展。該板由PowerArchitectTM 5.1或更高版本支持，可直接插入轉(zhuǎn)接板，作為與Arduino控制器或Exar的XCM的接口。

二、特性亮點

1. 可編程控制器

采用XRP24/7725可編程控制器，為電源管理提供了高度的靈活性和可定制性。

2. 四通道電源系統(tǒng)

四個獨立的電源通道，能夠滿足不同負載的需求，適用于多種應用場景。

3. 寬輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為5.5V - 25V，可適應不同的電源環(huán)境，并且電源組件針對12V輸入軌進行了優(yōu)化。

4. I2C接口

通過I2C接口，可實現(xiàn)編程、遠程重新配置、監(jiān)測和控制等功能，方便工程師進行系統(tǒng)調(diào)試和管理。

5. Arduino控制

支持Arduino的GPIO、PSIO和ENABLE控制，為開發(fā)者提供了更多的控制選項。

三、引腳分配與描述

1. 電源相關引腳

• VCC（41腳）：輸入電壓引腳，需在引腳附近放置去耦電容，用于欠壓鎖定（UVLO）故障檢測。
• DVDD（16腳）：為數(shù)字電路提供1.8V電源，應連接到AVDD，并在引腳附近放置去耦電容。
• VCCD1 - 2、VCCD3 - 4（23、34腳）：柵極驅(qū)動電源引腳，兩個獨立的柵極驅(qū)動電源引腳，其中一個必須連接到LDO5引腳以初始啟用兩個電源軌。為提高效率或驅(qū)動更大的外部FET，另一個VCCD引腳可連接到5V開關軌的輸出，否則也可連接到LDO5引腳。每個VCCD引腳建議連接一個大于1uF的旁路電容到PAD，并盡可能短地蝕刻連接到LDO5的引腳。
• LDO5（44腳）：5V LDO的輸出，這是一個微功率LDO，在IC的其余部分處于待機模式時仍可保持活躍，還用于為內(nèi)部模擬模塊供電。
• LDO3_3（1腳）：3.3V待機LDO的輸出，同樣是微功率LDO，在IC的其余部分處于關機狀態(tài)時仍可保持活躍。

2. 接地相關引腳

• AGND（2腳）：模擬接地引腳，是小信號接地連接。
• GL_RTN1 - 4（39、33、28、22腳）：低端柵極驅(qū)動器的接地連接，應作為信號走線與GL一起布線，并連接到低端MOSFET的源極。
• DGND（17腳）：數(shù)字接地引腳，是邏輯接地連接，應連接到靠近PAD的接地平面。

3. 驅(qū)動相關引腳

• GL1 - GL4（38、32、27、21腳）：低端柵極驅(qū)動器的輸出引腳，直接連接到外部N溝道MOSFET的柵極。
• GH1 - GH4（36、30、25、19腳）：高端柵極驅(qū)動器的輸出引腳，直接連接到外部N溝道MOSFET的柵極。
• LX1 - LX4（37、31、26、20腳）：GH高端柵極驅(qū)動器的較低電源軌，連接到兩個外部功率MOSFET和電感器之間的開關節(jié)點。這些引腳還用于測量底部MOSFET兩端的電壓降，以便向控制引擎提供輸出電流信息。
• BST1 - BST4（35、29、24、18腳）：高端驅(qū)動器電源引腳，應按典型應用電路所示連接到外部電容器。高端驅(qū)動器連接在BST引腳和LX引腳之間，每個周期將BST引腳電壓輸送到高端FET柵極。

4. 控制與通信引腳

• GPIO0 - GPIO1（9、10腳）：可配置為輸入或輸出，用于實現(xiàn)自定義標志、電源良好信號、啟用/禁用控制以及與外部時鐘同步。
• PSIO0 - PSIO2（13、14、15腳）：開漏引腳，可用于控制外部功率MOSFET以開關負載，實現(xiàn)細粒度的電源管理。也可配置為標準邏輯輸出或輸入，但作為開漏輸出時需要外部上拉電阻。
• SDA、SCL（11、12腳）：SMBus/I2C串行接口通信引腳，可配置為開漏或偽TTL，需要上拉電阻。
• ENABLE（40腳）：如果該引腳拉高或浮空，則芯片上電（邏輯復位，寄存器配置加載等）。要使XRP7724進入關機狀態(tài)，該引腳必須拉低。如果需要，在禁用芯片之前，活動通道將自動斜坡下降。
• BFB（42腳）：來自外部升壓電源產(chǎn)生的15V輸出的輸入。當該引腳低于預定義閾值時，在低端驅(qū)動器上產(chǎn)生一個脈沖，將該輸出充電回原始電平。如果不使用，該引腳應連接到GND。

5. 輸出引腳

• VOUT1 - VOUT4（5、6、7、8腳）：連接到相應功率級的輸出，每個開關周期至少采樣一次輸出。

四、使用說明

1. 輸入電壓范圍

該板的輸入電壓范圍為5.5V - 25V，電源組件針對12V輸入軌進行了優(yōu)化。當輸入電壓不是12V時，可使用PowerArchitectTM 5.1評估系統(tǒng)性能。

2. I2C接口

XRP7724和XRP7725可編程電源控制器采用標準I2C接口。雖然I2C信號可以通過在R25和R26位置安裝電阻上拉到板上的LDO5，但默認情況下，I2C總線信號在控制器接口板（XR77EVB - INT - 1）上被上拉（參考附錄 - 在JP6和JP7位置安裝跳線，將引腳2和3短路）。

3. 操作步驟

啟動過程

• 將XRP7724/7725EVB - DEMO - 2評估板和Arduino板插入控制器接口板。
• 加載并運行最新的PowerArchitectTM 5軟件。
• 選擇適當?shù)男酒盗校–hips）和設備（XRP7724或XRP7725），然后在提示時選擇“Get Started with the EVB - DEMO2”選項。
• 點擊“Create”，PowerArchitectTM 5將自動加載默認配置。
• 為板供電，可使用AC/DC墻式電源（輸出電壓必須在5.5V - 25V范圍內(nèi)）連接到桶形連接器，或使用測試臺直流電源（電壓必須在5.5V - 25V范圍內(nèi)）連接到(V_{IN})連接器。
• 打開電源。
• 使用USB電纜連接計算機（A型）和Arduino控制器板（B型）。
• 在PA 5的Tools選項卡中選擇Boards，軟件將識別找到Arduino控制器板的通信端口，選擇相應端口。

編程配置

• 在PA 5的Tools選項卡中選擇Program Flash，打開程序閃存窗口。
• 點擊Flash按鈕，PA 5將加載配置到閃存中。如果“Automatically Reset After Flashing”框被選中（默認選項），完成任務后將報告結果并重置設備。
• 關閉窗口。

調(diào)節(jié)通道

• 在PA 5的Tools選項卡中選擇Dashboard，打開儀表板。
• 打開Group 1和Group 2，將通道1和2分為組1，通道3和4分為組2。此時，通道處于調(diào)節(jié)狀態(tài)，可通過(Vout)讀數(shù)和調(diào)節(jié)指示燈查看。如果需要，也可單獨打開通道。

GPIO和PISO接口

在儀表板中，可通過Arduino控制器動態(tài)控制GPIOs、PSIOs和ENABLE。默認情況下，ENABLE信號連接到Arduino控制器板（JP2頭短路），Arduino將ENABLE引腳拉低可使XRP7724/7725進入關機模式，釋放該引腳可啟用設備。如果需要使ENABLE引腳浮空，應移除JP2處的跳線。默認情況下，PSIOs在XRP7724/7725EVB - DEMO - 2上沒有上拉，如果需要將PSIOs上拉到LDO5，需在R27、R28、R30位置安裝元件。

4. 與Exar配置模塊（XCM）通信

可以使用XCM（固件版本v62）與XRP7724/7725EVB - DEMO - 2板進行通信，PA 5支持XCM。連接方法有兩種：

使用接口板

• 確保沒有Arduino控制器板連接到接口板。
• 移除JP6和JP7位置的I2C上拉跳線（所有位置都需打開）。
• 如果有10線帶狀電纜，將XCM連接到接口板。
• 使用XCM上的I2C上拉電阻（在JP2和JP3位置安裝頭，將引腳2和3短路）。
• 如果沒有10線帶狀電纜，使用3線連接XCM上的JP4引腳1 - 3（引腳1 - SCL；引腳2 - GND；引腳3 - SDA）到接口板上的測試點T23（SCL）、T24（GND）和T25（SDA），并參考兩個板上的絲網(wǎng)印刷標簽。
• 連接接口板和評估板。

直接連接XCM到評估板

使用3線連接XCM上的JP4引腳1 - 3（引腳1 - SCL；引腳2 - GND；引腳3 - SDA）到評估板上的P3連接器，以及接口板上的引腳8（GND）、引腳9（SDA）和引腳10（SCL），并參考兩個板上的絲網(wǎng)印刷標簽。

五、物料清單與布局

1. 物料清單

文檔中詳細列出了XRP7724/7725EVB - DEMO - 2評估板和XR77EVB - INT - 1 Arduino控制器接口板的物料清單，包括每個組件的參考編號、數(shù)量、制造商、零件編號、尺寸和組件類型等信息。這為工程師在進行硬件設計和采購時提供了重要的參考。

2. 布局

文檔還提供了評估板的布局圖，包括頂層組件放置、頂層布局、底層布局、中間層1布局和信號接地平面布局等。合理的布局設計有助于提高電路的性能和穩(wěn)定性。

六、總結

XRP7724/7725EVB - DEMO - 2演示板為電源管理系統(tǒng)的設計和開發(fā)提供了一個強大而靈活的平臺。其豐富的功能、可定制的特性以及與多種控制器和模塊的兼容性，使其適用于各種不同的應用場景。電子工程師在使用該演示板時，可根據(jù)具體需求進行編程和配置，以實現(xiàn)最佳的電源管理效果。你在使用類似電源管理板時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。