探索Platform Manager Development Kit：開啟電源管理設(shè)計之旅

作為一名電子工程師，我們總是在尋找功能強(qiáng)大且易于使用的開發(fā)工具，以實現(xiàn)高效的電源管理設(shè)計。今天，我要為大家詳細(xì)介紹Lattice Semiconductor的Platform Manager Development Kit，帶大家深入了解其特點、功能及使用方法。

文件下載：LPTM10-12107-DEV-EVN.pdf

開發(fā)套件初體驗

套件概覽

Platform Manager Development Kit是一款專為評估和設(shè)計Platform Manager混合信號設(shè)備而打造的易用系統(tǒng)。它為電源管理功能設(shè)計提供了一個理想的開發(fā)測試環(huán)境，涵蓋了電源排序、故障日志記錄、微調(diào)、復(fù)位生成、高端MOSFET驅(qū)動以及FPGA中的用戶邏輯I/O擴(kuò)展等功能。

套件組成

該套件包含以下關(guān)鍵組件：

• 評估板：搭載了208球ftBGA封裝的Platform Manager LPTM10 - 12107設(shè)備。
• USB編程支持：方便進(jìn)行設(shè)備編程。
• 4Mbit SPI閃存：用于記錄數(shù)據(jù)和故障。
• SPI和I2C接口：提供靈活的通信方式。
• 擴(kuò)展接口：2x16擴(kuò)展頭，支持I2C、SPI和通用數(shù)據(jù)總線及I/O。
• 開關(guān)與按鈕：兩個4位DIP開關(guān)和三個用于輸入控制、復(fù)位等的按鈕。
• 轉(zhuǎn)換器：DAC和A/D轉(zhuǎn)換器，用于電源微調(diào)。
• 顯示設(shè)備：LED和LCD顯示屏，直觀展示狀態(tài)信息。
• 電位器：可調(diào)節(jié)的電位器，用于模擬用戶故障或演示。
• 溫度傳感器：熱敏電阻電路，實現(xiàn)溫度監(jiān)測。
• 電源模塊：LDO和DC - DC轉(zhuǎn)換器，用于演示排序和微調(diào)功能。
• 電壓監(jiān)測：VMON電壓監(jiān)測器，監(jiān)測板載和板外電源。
• 外部連接：板外螺絲連接器，方便用戶連接負(fù)載和進(jìn)行測試。
• 原型接口：提供原型設(shè)計和接口連接。
• 預(yù)加載演示：包含預(yù)加載的演示設(shè)計，展示了Platform Manager設(shè)備的許多關(guān)鍵特性。
• 配件：USB連接電纜和電源適配器。

安全提示

需要注意的是，靜電可能會嚴(yán)重縮短電子元件的使用壽命。在使用該開發(fā)套件時，請務(wù)必采用防靜電操作，將板子存放在提供的ESD安全袋中，并在防靜電環(huán)境中處理所有電纜和互連。

Platform Manager設(shè)備剖析

核心功能

Platform Manager（LPTM10 - 12107）設(shè)備是平臺管理開發(fā)套件的核心。它采用208球ftBGA封裝，集成了模擬和數(shù)字功能，為高級板級和系統(tǒng)級電源控制提供了必要支持。該設(shè)備分為CPLD部分和FPGA部分。

CPLD部分

CPLD部分是用戶可配置邏輯，與電源管理模擬信號緊密耦合，能夠?qū)崿F(xiàn)對電源管理的精細(xì)控制。

FPGA部分

FPGA部分則提供了更強(qiáng)大和復(fù)雜的基于LUT的控制能力，支持靈活的多電壓和I/O標(biāo)準(zhǔn)邏輯引腳。它使用查找表（LUTs）和分布式存儲器，實現(xiàn)高效的邏輯功能，能夠滿足復(fù)位分配、邊界掃描管理、故障日志記錄、FPGA負(fù)載控制和系統(tǒng)總線接口等板級管理功能的需求。

模擬與數(shù)字特性

在模擬方面，設(shè)備具有12個VMON模擬電壓監(jiān)測器，支持差分輸入進(jìn)行遠(yuǎn)程感應(yīng)。四個高壓FET驅(qū)動器可編程，可調(diào)節(jié)壓擺率和高達(dá)12V的電壓，用于驅(qū)動高端MOSFET。同時，設(shè)備使用A/D和D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行閉環(huán)微調(diào)，最多可對八個電源進(jìn)行微調(diào)。

在數(shù)字方面，設(shè)備由8MHz內(nèi)部振蕩器生成多個內(nèi)部時鐘，并擁有16個開漏輸出，由CPLD部分控制。

編程與接口

Platform Manager設(shè)備通過JTAG接口進(jìn)行編程，運行在3.3V電源軌上。它支持硬件I2C/SMBus從接口，可通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量電壓，或使用微控制器進(jìn)行微調(diào)。設(shè)備集成了兩個JTAG端口：Power JTAG用于對電源部分進(jìn)行編程，F(xiàn)PGA JTAG用于配置FPGA部分。需要注意的是，F(xiàn)PGA配置內(nèi)存可以在系統(tǒng)內(nèi)更改而不影響板級管理部分的操作，但電源管理部分的更改會中斷電源管理操作。

演示設(shè)計功能展示

演示設(shè)計概述

Platform Manager評估板預(yù)編程了演示設(shè)計，旨在展示Platform Manager設(shè)備的電源控制和管理能力。該演示具有以下功能：

• 驅(qū)動LED表示電源使能電路。
• 讀取各種VMON以監(jiān)測板級電源。
• 提供兩個滑動電位器，觸發(fā)VMON跳閘點。
• 對LDO和Murata DC - DC電源進(jìn)行排序。
• 接收開關(guān)和按鈕的輸入。
• 驅(qū)動LCD顯示屏。

演示組件詳解

• CPLD LED：四個LED連接到CPLD輸出，當(dāng)CPLD的開漏輸出為低電平時點亮，用于表示板級電源或顯示電源排序。
• FPGA LED：八個LED連接到FPGA輸出引腳，當(dāng)FPGA引腳為低電平時點亮，用于表示電源使能和顯示不同的時序功能。
• 電源供應(yīng)：板上有兩個用戶可編程電源，可使用Platform Manager和PAC - Designer軟件進(jìn)行排序和微調(diào)。
• 滑動電位器：兩個滑動電位器用于調(diào)整VMON輸入，范圍為0V至3.3V，可觸發(fā)Platform Manager內(nèi)的窗口比較器，用于啟動序列或觸發(fā)故障。
• LCD顯示：3位標(biāo)準(zhǔn)7段顯示屏，由24個FPGA輸出引腳驅(qū)動，通過FPGA邏輯以約60Hz的頻率切換顯示。
• 硬件電源裕量功能：通過按鈕信號對LDO和Murata DC - DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行裕量調(diào)整，可選擇不同的電壓配置文件。

初始設(shè)置與測試步驟

初始設(shè)置

在開始測試之前，需要進(jìn)行以下初始設(shè)置：

• 將SW9和SW10中的所有DIP開關(guān)設(shè)置為向上/關(guān)閉位置。
• 將SW2中的所有DIP開關(guān)設(shè)置為打開位置。
• 將滑動電位器R19和R20設(shè)置為向下位置，靠近板的中心。
• 不安裝跳線。

測試步驟

步驟1：測試板級電源、LED D1和所有電源

此步驟展示了Platform Manager監(jiān)測和排序輸入電源軌和板載電源的能力。連接5V墻插電源后，藍(lán)色LED D1應(yīng)亮起，LED D21 - D23將按照表2的步驟循環(huán)。如果未能循環(huán)，可能表示電源供應(yīng)存在錯誤。

步驟2：測試滑動電位器R19 - R20和LED D3 - D6、D13 - D14、D19 - D20和D21 - D24

此步驟測試滑動電位器的位置，并在LED和LCD顯示屏上顯示模式和信息。將滑動電位器移動到頂部，LED D21 - D24將按表3的模式循環(huán)，其他LED將以二進(jìn)制序列閃爍，LCD將顯示“FF”。同時，J8和J7引腳之間的電壓應(yīng)分別為2.5V +/- 1%和1.2V +/- 1%。

步驟3：測試DIP開關(guān)SW9和SW10

此步驟繼續(xù)測試Platform Manager的數(shù)字輸入和輸出。逐個移動DIP開關(guān)SW9 - SW10，LCD將顯示相應(yīng)的十六進(jìn)制字符，表示每個DIP開關(guān)的十六進(jìn)制值。

步驟4：測試LCD顯示屏的所有段

按下并按住PB_B_SW2，LCD顯示屏將顯示從111到FFF的循環(huán)計數(shù)序列。

步驟5：測試兩個按鈕和微調(diào)/裕量功能

此步驟展示了閉環(huán)微調(diào)功能和Platform Manager在飛行中選擇不同電壓配置文件的能力。按下并按住PB_A_SW1或PB_B_SW2，可調(diào)整J8和J7引腳之間的電壓。

步驟6：測試按鈕S1的復(fù)位功能

按下并釋放按鈕S1，DC - DC轉(zhuǎn)換器和LDO將依次斷電，然后演示將重新開始。

VID演示體驗

VID演示概述

Platform Manager評估板還設(shè)計了一個VID（電壓識別）演示，展示了一種通用的數(shù)字電源控制方式。該演示使用DIP開關(guān)設(shè)置所需的輸出電壓，并啟用或禁用電源。

演示步驟

步驟1：下載VID演示

從Lattice半導(dǎo)體網(wǎng)站的Platform Manager開發(fā)套件頁面下載VID演示文件。

步驟2：使用VID_Demo.jed對Platform Manager進(jìn)行編程

連接USB電纜，打開ispVM? Version 17.9或更高版本，掃描JTAG鏈，選擇VID_Demo.jed文件，設(shè)置操作模式為擦除、編程、驗證，然后點擊GO按鈕開始編程。編程完成后，LED D21將以500ms的周期閃爍。

步驟3：驗證2.5V LDO VID操作

連接數(shù)字電壓表到J8，監(jiān)測LDO輸出電壓。輸入有效的VID設(shè)置，按下PB_B_SW2，可啟用LDO并設(shè)置微調(diào)目標(biāo)。

步驟4：驗證1.2V Murata DC - DC模塊VID操作

將數(shù)字電壓表移動到J7，監(jiān)測DC - DC模塊輸出電壓。輸入有效的VID設(shè)置，按下PB_A_SW1，可啟用DC - DC模塊并設(shè)置微調(diào)目標(biāo)。

硬件特性深入了解

LED輸出

• CPLD LED：四個LED連接到CPLD開漏輸出，上拉到3.3V，當(dāng)OUT6 - OUT9為低電平時點亮。
• FPGA LED：八個LED連接到FPGA Bank0引腳，上拉到3.3V，當(dāng)輸出為低電平時點亮。

開漏CPLD輸出

CPLD有16個可用輸出，包括四個HVOUT引腳和12個3.3V開漏輸出，可用于驅(qū)動LED、故障日志記錄輸出、通用信號等。

I/O擴(kuò)展頭

評估板有一個32引腳的未填充擴(kuò)展頭，可用于訪問FPGA的I/O信號，支持用戶開發(fā)自定義設(shè)計并擴(kuò)展板級I/O數(shù)量。

LCD顯示

LCD由FPGA輸出驅(qū)動，是一個3位7段顯示屏，具體使用方法可參考前面的演示設(shè)計描述。

DIP開關(guān)

評估板提供八個DIP開關(guān)，連接到Platform Manager設(shè)備的FPGA部分，另外還有四個用于JTAG配置的DIP開關(guān)。

VMON滑動電位器

兩個電位器連接到VMON8和VMON9，可用于模擬故障或觸發(fā)比較器，其電壓可通過I2C端口從A/D轉(zhuǎn)換器讀取。

HVOUT MOSFET斜坡電路

HVOUT用于驅(qū)動N溝道MOSFET，HVOUT1和HVOUT2連接到評估板上的MOSFET，可設(shè)置不同的驅(qū)動電流以顯示FET源極的電壓斜坡。HVOUT3和HVOUT4可用于板外使用。

VMON電壓監(jiān)測輸入

設(shè)備的模擬部分有12個VMON輸入，連接到板級電源、用戶電源、溫度傳感電路、滑動電位器和原型區(qū)域，所有VMON電壓可通過I2C從A/D轉(zhuǎn)換器讀取。

微調(diào)DAC

微調(diào)DAC用于電源裕量和微調(diào)，評估板上的LDO和Murata DC - DC模塊分別連接到相應(yīng)的TRIM和VMON引腳，可實現(xiàn)閉環(huán)微調(diào)。

溫度監(jiān)測

板上的熱敏電阻電路連接到VMON7，可作為可編程比較器，設(shè)置跳閘點以實現(xiàn)過熱保護(hù)或觸發(fā)LED。

復(fù)位功能

評估板有一個復(fù)位按鈕，信號連接到CPLD的IN2和FPGA的F4引腳，需要在PAC - Designer中編寫方程以實現(xiàn)復(fù)位功能。

板載SPI閃存

評估板有一個4MBit的SPI閃存，用于記錄系統(tǒng)故障。通過監(jiān)測VMON引腳，當(dāng)電源超出編程范圍時觸發(fā)故障，數(shù)據(jù)將存儲在閃存中，可通過設(shè)計工具讀取。

時鐘路由

在PAC - Designer中設(shè)置FPGA的邏輯和序列器時，需要了解時鐘引腳的路由。250kHz的CPLDCLK和8MHz的MCLK需要外部連接到FPGA引腳，以提供時鐘輸入。

訂購信息與技術(shù)支持

訂購信息

Platform Manager開發(fā)套件的訂購編號為LPTM10 - 12107 - DEV - EVN。

技術(shù)支持

如果在使用過程中遇到問題，可以通過以下方式獲取技術(shù)支持：

• 熱線：1 - 800 - LATTICE（北美）+1 - 503 - 268 - 8001（北美以外）
• 電子郵件：techsupport@latticesemi.com
• 網(wǎng)站：www.latticesemi.com

通過以上介紹，相信大家對Platform Manager Development Kit有了更深入的了解。它為電子工程師提供了一個強(qiáng)大而靈活的平臺，用于電源管理設(shè)計和開發(fā)。在實際應(yīng)用中，大家可以根據(jù)自己的需求進(jìn)一步探索和挖掘其潛力。你在使用類似開發(fā)套件時遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。