HIP6521EVAL1：奔騰4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外設(shè)電源控制解決方案

在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，穩(wěn)定且高效的電源供應(yīng)是確保系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。對于奔騰4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言，HIP6521EVAL1評估板為外設(shè)電源控制提供了一種高度集成的解決方案。今天，我們就來深入探討一下這款評估板的特點(diǎn)、使用方法以及性能表現(xiàn)。

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一、背景與概述

隨著英特爾和AMD等微處理器制造商推出先進(jìn)的計(jì)算核心，傳統(tǒng)用于為這些處理器核心供電的開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要做出改變。多相降壓穩(wěn)壓器已成為高電流應(yīng)用的首選拓?fù)?。然而，這些計(jì)算機(jī)的分布式電源系統(tǒng)架構(gòu)仍然需要其他子系統(tǒng)特定的電壓。HIP6521應(yīng)運(yùn)而生，它可以與多相降壓控制器配合使用，為典型的奔騰4系統(tǒng)創(chuàng)建完整的電源解決方案，基于Athlon-class處理器的系統(tǒng)（AMD）也可能從中受益。

HIP6521EVAL1評估板是一款4輸出調(diào)節(jié)器解決方案，旨在為系統(tǒng)內(nèi)存（2.5V）、系統(tǒng)時鐘（2.5V）、ICH/MCH芯片組核心（1.8V）和4X AGP視頻（1.5V）供電，并具備ACPI電源管理功能。

二、快速啟動評估

供電方式

為了方便在典型環(huán)境中評估HIP6521，HIP6521EVAL1主要設(shè)計(jì)為由ATX電源供電。不過，該板也有連接端子，允許它在實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行搭載，或者由標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室電源供電。

如果使用ATX電源為板供電（使用板上的20針連接器），要注意大多數(shù)ATX電源的調(diào)節(jié)通常依賴于主5V輸出上的直流負(fù)載。因此，為了獲得最佳效果，應(yīng)將一個5Ω/25W - 50W的功率電阻連接到ATX電源的5V輸出上（注意電阻可能會非常熱，需采取必要的預(yù)防措施）。

三、電路設(shè)置

1. 開關(guān)設(shè)置

• 確?！癆TX ON”（SW1）開關(guān)處于關(guān)閉位置（遠(yuǎn)離“ATX ON”標(biāo)記），“S3/S5”（SW2）開關(guān)處于中間位置（遠(yuǎn)離“S3”或“S5”標(biāo)記）。
• SW3用于控制ACPI關(guān)機(jī)狀態(tài)下的各種輸出。為避免在某些睡眠狀態(tài)下需要關(guān)閉的調(diào)節(jié)器的強(qiáng)大輸出驅(qū)動器將輸出保持在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，需要通過將相應(yīng)的FB引腳拉至1.25V以上來主動關(guān)閉它們。對于初始評估，建議關(guān)閉位置2、4和6 - 8。

2. 跳線設(shè)置

• JP1和JP3分別選擇對應(yīng)VOUT3和VOUT4輸出的線性傳遞元件的板載輸入電壓。初始評估的一個推薦配置是將JP1置于“2.5VIN”位置，JP3置于“3.3VIN”位置。
• JP2和JP4選擇“+3.3VDUAL”作為上述兩個線性傳遞元件的輸入。如果提供外部3.3VDUAL源，可以通過將相應(yīng)的跳線從JP1或JP3移動到JP2或JP4，分別為傳遞元件（Q4和/或Q5）供電。

3. 連接指南

• 使用標(biāo)準(zhǔn)臺式電源：將5V、16A電源連接到+5VDUAL輸入，將3.3V、4A電源連接到+3.3VIN輸入。如果JP2或JP4有跳線，則可能需要另一個3.3V、4A電源用于可選的+3.3VDUAL輸入。將典型負(fù)載連接到評估板的所有輸出。
• 使用標(biāo)準(zhǔn)ATX電源：將20針ATX連接器連接到板上的J1匹配連接器。將典型負(fù)載連接到評估板的所有輸出。
• 將評估板搭載到系統(tǒng)中：將GND、+5VDUAL、+3.3VIN和+3.3VDUAL端子連接到系統(tǒng)板上的相應(yīng)電壓。對于ACPI功能，將S3 IN（TP9）和S5 IN（TP10）連接到系統(tǒng)的S3和S5信號源。將評估板的輸出連接到系統(tǒng)中的相應(yīng)電源平面。

四、操作步驟

1. 供電

打開臺式電源或搭載評估板的系統(tǒng)。如果使用ATX電源，將其插入市電。如果電源有交流開關(guān)，打開它。“5VSB”、“5VDUAL”和“S0”LED應(yīng)亮起，表明板上存在5V待機(jī)和5V雙電壓，以及活動狀態(tài)選擇。打開“ATX ON”開關(guān)，不久后“5VIN”和“ATX PGOOD”LED應(yīng)亮起，表明板上存在主ATX 5V以及ATX PGOOD指示。

2. 檢查啟動波形和不同負(fù)載下的輸出質(zhì)量

施加偏置電壓后立即啟動。使用示波器或其他實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，可以研究受控電壓的上升和調(diào)節(jié)情況。在活動或S3、S5狀態(tài)下，改變輸出負(fù)載以模擬電路所處特定操作狀態(tài)下的典型計(jì)算機(jī)負(fù)載。注意在S3或S5狀態(tài)下電路的限制：所有輸出功率以及任何必要的操作偏置電流都由ATX電源的5VSB輸出提供。

3. 檢查狀態(tài)轉(zhuǎn)換

對于后續(xù)進(jìn)入/退出待機(jī)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，保持主ATX輸出啟用（SW1打開）；板載電路將在進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)時自動關(guān)閉它們，并在轉(zhuǎn)換回活動狀態(tài)時重新啟用它們。要進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，將SW2切換到所需的待機(jī)狀態(tài)位置。“S3”LED亮起表示S3待機(jī)狀態(tài)，“S5”LED亮起表示S5狀態(tài)。“S0”LED表示活動狀態(tài)。

五、故障處理

在出現(xiàn)故障情況（線性輸出欠壓或開關(guān)輸出過流）時，故障輸出將關(guān)閉，并每隔3個軟啟動（SS）間隔進(jìn)行一次單獨(dú)的重啟嘗試。如需更多詳細(xì)信息，請查看相應(yīng)的數(shù)據(jù)表部分。

六、參考設(shè)計(jì)

1. 總體設(shè)計(jì)

評估板采用1盎司、4層印刷電路板（布局圖見應(yīng)用筆記的最后三頁）。評估板特有的大多數(shù)組件（在實(shí)際計(jì)算機(jī)應(yīng)用中不需要）放置在板的底部。評估板頂部保留了用于示例典型應(yīng)用的必要組件以及用戶界面（輸入/輸出端子、測試點(diǎn)、開關(guān)等）。

2. 設(shè)計(jì)范圍

盡管實(shí)際計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用可能有不同的要求，但HIP6521EVAL1板設(shè)計(jì)為滿足表1中描述的最大輸出負(fù)載。需要注意的是，睡眠狀態(tài)輸出電流可能僅受ATX電源的5VSB輸出能力限制。由于所有輸出在活動和待機(jī)狀態(tài)下都使用相同的電流路徑，待機(jī)狀態(tài)的功率耗散能力等于活動狀態(tài)?？梢酝ㄟ^適當(dāng)選擇HIP6521外部的組件來調(diào)整動態(tài)輸出公差和電流額定值。

七、性能表現(xiàn)

1. 軟啟動啟動

圖2展示了典型的HIP6521EVAL1啟動過程。當(dāng)ATX電源開啟時，2.5VMEM和1.8VMCH輸出開始向目標(biāo)值上升，而2.5VCLK和1.5VAGP輸出由于ATX 3.3V輸出未及時上升，會經(jīng)歷欠壓事件，保持關(guān)閉三個軟啟動周期。之后，它們也會開始軟啟動并達(dá)到設(shè)定點(diǎn)。

2. 活動到待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換（S0 -> S3）

圖3顯示了從活動狀態(tài)（S0）到S3待機(jī)狀態(tài)的典型轉(zhuǎn)換。當(dāng)SW2切換到“S3”位置時，主ATX輸出以及2.5VCLK和1.5VAGP輸出關(guān)閉。在整個轉(zhuǎn)換過程中，2.5VMEM和1.8VMCH輸出嚴(yán)格保持調(diào)節(jié)。

3. 待機(jī)到活動狀態(tài)轉(zhuǎn)換（S3 -> S0）

圖4展示了從S3待機(jī)狀態(tài)到活動狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。將SW2切換回S0位置后，ATX電源的主輸出以及HIP6521控制的2.5VCLK和1.5VAGP輸出啟用。在這個狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中，2.5VMEM和1.8VMCH輸出沒有出現(xiàn)擾動。

4. 瞬態(tài)響應(yīng)

圖5詳細(xì)展示了HIP6521控制的所有四個輸出在并發(fā)負(fù)載下的瞬態(tài)響應(yīng)。測試中，所有輸出都在標(biāo)稱電流變化率、40%占空比和不同頻率下進(jìn)行了10% - 100%最大輸出額定值的瞬態(tài)加載，以模擬最壞情況。即使在這樣的負(fù)載下，HIP6521EVAL1仍表現(xiàn)出出色的響應(yīng)和串?dāng)_免疫能力。

5. 輸出短路保護(hù)

當(dāng)開關(guān)輸出發(fā)生過流事件或任何線性輸出發(fā)生欠壓事件時，故障調(diào)節(jié)器將關(guān)閉。圖6和圖7展示了1.5VAGP輸出短路時的響應(yīng)和重啟嘗試過程。在短路情況下，輸出和ATX 3.3V輸入會下降，當(dāng)達(dá)到70%欠壓閾值時，輸出關(guān)閉。之后，每隔約3個軟啟動周期會進(jìn)行一次重啟嘗試，只要短路存在，這個循環(huán)就會重復(fù)。

6. 開關(guān)調(diào)節(jié)器效率

圖8顯示了僅對開關(guān)部分加載時評估板的轉(zhuǎn)換效率。測量在室溫下進(jìn)行，線性輸出開路，空氣流量為100 LFM。

八、修改建議

1. 調(diào)整輸出電壓

HIP6521控制的所有輸出都可以通過將FB引腳連接到各自輸出的電阻分壓器進(jìn)行調(diào)整。開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出有下垂實(shí)現(xiàn)的規(guī)定，但在出廠配置中未使用。建議僅通過調(diào)整R13來調(diào)整VOUT1。如果調(diào)整線性穩(wěn)壓器的輸出電壓，請注意數(shù)據(jù)表中描述的推薦電阻值選擇指南。

2. 提高輸出電壓公差

提高輸出電壓公差的關(guān)鍵是識別影響它的參數(shù)，然后采取措施進(jìn)行改進(jìn)。在高動態(tài)負(fù)載應(yīng)用（高dI/dt）下，輸出電壓波形中出現(xiàn)的高dV/dt尖峰是由于輸出電容的ESR和ESL引起的?？梢酝ㄟ^使用低ESR/ESL輸出電容器（如表面貼裝鉭電容器）和/或添加更多具有固有低ESR/ESL的陶瓷電容器來降低尖峰幅度。此外，增加輸入側(cè)電容并降低輸入側(cè)電容器組的ESR也有助于改善輸出調(diào)節(jié)。

九、總結(jié)

HIP6521EVAL1評估板為奔騰4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的外設(shè)電源控制提供了一種高度集成的解決方案。其復(fù)雜的內(nèi)部電路便于輕松實(shí)現(xiàn)ACPI功能，并減少了外部組件的數(shù)量。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師可以根據(jù)具體需求對評估板進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驼{(diào)整，以滿足不同系統(tǒng)的電源要求。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。