探索TPS59640EVM - 751：IMVP - 7電源系統(tǒng)的評估利器

在電子工程師的日常工作中，一款優(yōu)秀的評估模塊能夠極大地提升開發(fā)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。今天，我們就來深入了解一下德州儀器（TI）的TPS59640EVM - 751評估模塊，它為Intel? IMVP - 7 Serial VID（SVID）電源系統(tǒng)提供了完整的解決方案。

文件下載：TPS59640EVM-751.pdf

一、模塊概述

TPS59640EVM - 751評估模塊旨在使用9 - 20V的輸入總線，為IMVP - 7 SVID CPU/GPU電源系統(tǒng)產(chǎn)生六個穩(wěn)壓輸出。該模塊特別設(shè)計用于展示TPS59640的完整IMVP - 7移動特性，同時提供了GUI通信程序和多個測試點(diǎn)，方便評估TPS59640的靜態(tài)和動態(tài)性能。

典型應(yīng)用

它適用于多種IMVP - 7 Vcore應(yīng)用，包括適配器、電池、NVDC或3V/5V/12V電源軌。

主要特性

1. 完整解決方案：為9 - 20V輸入的Intel IMVP - 7 SVID電源系統(tǒng)提供完整的解決方案。
2. GUI通信：通過GUI通信展示完整的IMVP - 7移動特性。
3. 高輸出電流支持：三相CPU Vcore可支持高達(dá)94A的輸出電流，單相GPU Vcore可支持高達(dá)33A的輸出電流。
4. 可選擇參數(shù)：CPU和GPU電源具有八個可選的開關(guān)頻率、八個級別的可選電流限制以及八個級別的可選輸出過沖/欠沖減少（OSR/USR?）。
5. 輸出使能控制：每個輸出都有開關(guān)或跳線用于使能控制。
6. 板載動態(tài)負(fù)載：為CPU、GPU Vcore和VCCIO輸出提供板載動態(tài)負(fù)載。
7. 高效高密度：使用TI功率塊MOSFET實(shí)現(xiàn)高效率和高密度。
8. 方便測試：提供方便的測試點(diǎn)，用于探測關(guān)鍵波形。
9. 八層PCB：采用2盎司銅的八層PCB設(shè)計。

二、電氣性能規(guī)格

輸入特性

輸出特性

CPU（TPS59640）

• 輸出電壓Vcore：SVID地址為00 CPU時，有效負(fù)載為1.05V。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)：線路調(diào)節(jié)為0.1%。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)（下垂）負(fù)載線： - 1.9 mΩ。
• 輸出電壓紋波：VBAT = 12 V，1.05 V/90 A（三相），300 kHz時為25 mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：三相CPU運(yùn)行時為0 - 94 A。
• 輸出過電流：每相可選，典型值為37 A。
• 開關(guān)頻率：可選，范圍為250 - 600 kHz。
• 滿載效率：VBAT = 12 V，1.05 V/94 A，300 kHz時為80.05%。

GPU（TPS59640）

• 輸出電壓Vcore：SVID地址為01 GPU時，有效負(fù)載為1.23V。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)：線路調(diào)節(jié)為0.1%。
• 負(fù)載調(diào)節(jié)（下垂）負(fù)載線： - 3.9 mΩ。
• 輸出電壓紋波：VBAT = 12 V，1.23 V/35 A，385 kHz時為30 mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：三相CPU運(yùn)行時為0 - 35 A。
• 輸出過電流：每相可選，典型值為37 A。
• 開關(guān)頻率：可選，范圍為275 - 660 kHz。
• 滿載效率：VBAT = 12 V，1.23 V/35 A，385 kHz時為81.99%。

1.05 - V VCCIO（TPS51219）

• 輸出電壓：1.05V。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)：線路調(diào)節(jié)為0.1%，負(fù)載調(diào)節(jié)為0.1%。
• 輸出電壓紋波：VBAT = 12 V，1.05 V/15 A時為30 mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：0 - 15 A。
• 輸出過電流：24 A。
• 開關(guān)頻率：可選，為500 kHz。
• 滿載效率：VBAT = 12 V，1.05 V/15 A時為89.27%。

DDR3L/DDR4 MEMORY RAIL（TPS51916）

• 輸出電壓：1.2V。
• 輸出電壓調(diào)節(jié)：線路調(diào)節(jié)為0.1%，負(fù)載調(diào)節(jié)為0.1%。
• 輸出電壓紋波：VBAT = 12 V，1.2 V/15 A時為30 mVpp。
• 輸出負(fù)載電流：0 - 15 A。
• 輸出過電流：24 A。
• 開關(guān)頻率：可選，為500 kHz。
• 滿載效率：VBAT = 12 V，1.2 V/15 A時為90.62%。

三、測試設(shè)置

測試設(shè)備

1. 個人計算機(jī)：運(yùn)行Microsoft Windows? XP或更高版本，具備可用的USB端口。
2. USB電纜：標(biāo)準(zhǔn)USB_A到USB_B，5針迷你B電纜。
3. TPS59640 USB驅(qū)動和SVID GUI安裝：按照特定步驟將相關(guān)文件復(fù)制到主機(jī)計算機(jī)并安裝驅(qū)動。
4. DC源：12VBAT DC源為0 - 20V可變DC源，能夠提供20A直流電流；5Vin DC源為0 - 5V可變DC源，能夠提供1A直流電流。
5. 儀表：用于測量5Vin、12VBAT、CPU Vcore、GPU Vcore、VDDQ和VCCIO的電壓以及12VBAT輸入電流。
6. 負(fù)載：輸出負(fù)載必須是能夠提供0 - 90A直流電流的電子恒流負(fù)載。
7. 示波器：數(shù)字或模擬示波器，設(shè)置為1MΩ阻抗、20MHz帶寬、交流耦合、2μs/格水平分辨率和50mV/格垂直分辨率。

推薦線規(guī)

• V5in到J31（5V輸入）：推薦使用1 x AWG 18的電線，總長度小于4英尺。
• 12VBAT到J30（12V輸入）：推薦使用1 x AWG 16的電線，總長度小于4英尺。
• J1、J5、J6（CPU）到負(fù)載或J11（GPU）到負(fù)載或J28（VDDQ）到負(fù)載或J24（VCCIO）到負(fù)載：最小推薦使用2 x AWG 16的電線，總長度小于4英尺。

推薦測試設(shè)置

在ESD工作站工作，確保在處理EVM之前將任何腕帶、鞋帶或墊子連接到接地參考。

連接步驟

1. USB電纜連接：使用標(biāo)準(zhǔn)USB_A和5針迷你B USB電纜將主機(jī)計算機(jī)連接到EVM的J42 USB端口。
2. 輸入連接：在連接5Vin和12VBAT DC源之前，分別將源電流限制在1A和10A最大，并將初始電壓設(shè)置為0V。連接電壓表測量電壓，連接電流表測量12VBAT輸入電流。
3. 輸出連接：將負(fù)載連接到相應(yīng)的端子，并在施加5Vin和12VBAT之前將負(fù)載設(shè)置為恒阻模式以吸收0A電流。

四、配置

CPU和GPU配置

1. 電流限制跳閘選擇：通過J17（CPU）和J20（GPU）設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為5級。
2. 頻率選擇：CPU通過J18設(shè)置，默認(rèn)頻率為300 kHz；GPU通過J21設(shè)置，默認(rèn)頻率為385 kHz。
3. 過沖/欠沖減少選擇：CPU通過J19設(shè)置，GPU通過J22設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為最大。
4. F2806 DSP程序模式選擇：通過J46設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為正常操作。
5. 5Vin偏置電壓選項：通過J41設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為使用外部5Vin偏置。
6. 板載動態(tài)負(fù)載選擇：通過S2和S3設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為禁用板載動態(tài)負(fù)載。
7. IMVP - 7 VR_ON使能選擇：通過S4設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為禁用CPU和GPU。

1.2VDDQ、0.6V VTT和0.6V VTTREF配置

通過J26和J27設(shè)置VDDQ S3、S5的使能，默認(rèn)設(shè)置為啟用。

1.05V VCCIO配置

1. 1.05V使能選擇：通過S1設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為禁用。
2. VCCIO輸出電壓選擇：通過J23設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置為1.05V。

五、測試程序

線路/負(fù)載調(diào)節(jié)和效率測量程序

CPU

1. 按照測試設(shè)置部分的說明設(shè)置EVM。
2. 確保J46上沒有跳線短路。
3. 在施加5Vin和12VBAT之前，確保所有其他跳線配置設(shè)置正確。
4. 將負(fù)載設(shè)置為恒阻模式并吸收0A電流。
5. 確保S1和S4處于關(guān)閉位置。
6. 在TP27上添加示波器探頭以測量CPU Vcore紋波。
7. 連接USB電纜。
8. 將5Vin從0V增加到5V，使用V1測量5Vin輸入電壓。
9. 將12VBAT從0V增加到12V，使用V2測量12VBAT輸入電壓。
10. 雙擊TI - SVID - GUI_1_5_0_1.exe啟動GUI程序。
11. 將S4推到開啟位置以啟用TPS59640的VR_ON。
12. 發(fā)送SVID命令，默認(rèn)地址為00 CPU，命令為SetVIDslow，有效負(fù)載為1.05V。
13. 點(diǎn)擊發(fā)送命令，CPU CPGOOD LED亮起。
14. 測量V3（CPU Vcore）和A1（12VBAT輸入電流）。
15. 將CPU負(fù)載從0A變化到90A，確保CPU Vcore保持在負(fù)載線內(nèi)。
16. 將12VBAT從9V變化到20V，確保CPU Vcore保持在線路調(diào)節(jié)內(nèi)。
17. 將S4推到關(guān)閉位置以禁用CPU Vcore控制器。
18. 將負(fù)載減小到0A，并從端子J1、J5和J6斷開負(fù)載。
19. 從J14斷開V3。
20. 從TP27斷開示波器探頭。

GPU

1. 將負(fù)載連接到GPU端子J11和V3到J16，確保極性正確。
2. 在TP37上添加示波器探頭以測量GPU G_Vcore紋波。
3. 將S4推到開啟位置以啟用TPS59640的VR_ON。
4. 發(fā)送SVID命令，地址為01 GPU，命令為SetVIDslow，有效負(fù)載為1.23V。
5. 點(diǎn)擊發(fā)送命令，GPU GPOOD LED亮起。
6. 測量V3（GPU G_Vcore）和A1（12VBAT輸入電流）。
7. 將GPU負(fù)載從0A變化到30A，確保GPU Vcore保持在負(fù)載線內(nèi)。
8. 將12VBAT從9V變化到20V，確保GPU Vcore保持在線路調(diào)節(jié)內(nèi)。
9. 將S4推到關(guān)閉位置以禁用GPU Vcore控制器。
10. 將負(fù)載減小到0A，并從端子J11斷開負(fù)載。
11. 從J16斷開V3。
12. 從TP37斷開示波器探頭。
13. 退出SVID GUI窗口。
14. 斷開主機(jī)計算機(jī)和EVM之間的USB電纜。

VDDQ

1. 將負(fù)載連接到VDDQ端子J28和V3到J29，確保極性正確。
2. 從J27的2和3引腳移除跳線，并將其放在J27的1和2引腳以啟用VDDQ控制器的S5。
3. 測量V3（VDDQ）和A1（12Vin輸入電流）。
4. 將VDDQ負(fù)載從0A變化到15A，確保VDDQ保持在負(fù)載調(diào)節(jié)內(nèi)。
5. 將12VBAT從9V變化到20V，確保VDDQ保持在線路調(diào)節(jié)內(nèi)。
6. 從J27移除跳線，并將其短路回2和3引腳以禁用VDDQ控制器。
7. 將負(fù)載減小到0A，并從端子J28斷開負(fù)載。
8. 從J29斷開V3。

VCCIO

1. 將負(fù)載連接到VCCIO端子J24和V3到J25，確保極性正確。
2. 將S1推到開啟位置以啟用VCCIO控制器。
3. 測量V3（VCCIO）和A1（12Vin輸入電流）。
4. 將VDDQ負(fù)載從0A變化到15A，確保VCCIO保持在負(fù)載調(diào)節(jié)內(nèi)。
5. 將12VBAT從9V變化到20V，確保VCCIO保持在線路調(diào)節(jié)內(nèi)。
6. 將S1推到關(guān)閉位置以禁用VCCIO控制器。
7. 將負(fù)載減小到0A，并從端子J24斷開負(fù)載。
8. 從J25斷開V3。

設(shè)備關(guān)閉

1. 關(guān)閉負(fù)載。
2. 關(guān)閉12VBAT和5Vin。
3. 關(guān)閉示波器。
4. 關(guān)閉主機(jī)計算機(jī)。

六、性能數(shù)據(jù)和典型特性曲線

文檔中提供了大量的典型性能曲線，包括CPU三相、二相、單相操作，GPU操作，1.05 - V VCCIO和1.2 VDDQ的效率、負(fù)載調(diào)節(jié)、使能開啟和關(guān)閉、開關(guān)節(jié)點(diǎn)紋波等曲線，這些曲線為工程師評估模塊性能提供了重要參考。

七、EVM裝配圖和PCB布局

TPS59640EVM - 751采用八層電路板設(shè)計，外層為2盎司銅。文檔中提供了頂層裝配圖、底層裝配圖、頂層銅層、底層銅層以及各內(nèi)層的設(shè)計圖，方便工程師了解模塊的物理結(jié)構(gòu)和布線情況。

八、物料清單

文檔詳細(xì)列出了EVM的主要組件清單，包括電容器、二極管、電感器、MOSFET、電阻器、IC等元件的型號、數(shù)量和制造商等信息，為工程師進(jìn)行硬件設(shè)計和維修提供了便利。

九、重要注意事項

適用范圍

該評估板僅用于工程開發(fā)、演示或評估目的，不被視為適合一般消費(fèi)者使用的成品。

安全責(zé)任

用戶需對產(chǎn)品的正確和安全處理承擔(dān)全部責(zé)任，并對TI因產(chǎn)品處理或使用而產(chǎn)生的所有索賠進(jìn)行賠償。

操作范圍

必須在0 - 20V的輸入電壓范圍和0 - 1.5V的輸出電壓范圍內(nèi)操作EVM，超出指定范圍可能導(dǎo)致意外操作和/或不可逆損壞。

溫度注意

正常操作期間，某些電路組件的外殼溫度可能超過80°C，操作時需注意避免燙傷。

總之，TPS59640EVM - 751評估模塊為IMVP - 7電源系統(tǒng)的開發(fā)和評估提供了一個全面而強(qiáng)大的平臺。通過詳細(xì)的測試設(shè)置、配置和測試程序，工程師可以深入了解模塊的性能，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。同時，嚴(yán)格遵守重要注意事項，確保操作的安全性和可靠性。你在使用這個評估模塊的過程中遇到過哪些有趣的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。