如何为 NXP QorIQ 处理器使用 PMBus 电源解决方案

NXP QorIQ 处理器是用于云网络和存储应用的高性能 64 位 Arm® 多核处理器。两个高端 QorIQ 变体是 LS2085A 和 LS2088A。8核QorIQ Layerscape LS2088A和4核LS2048A多核处理器配备Arm Cortex- A72内核,带有先进的高性能数据通路和网络外设接口,适用于网络、电信/数据通信、无线基础设施、军事和航空航天应用。

LS2085A/2088A 板上需要几个电源轨：最重要的是核心轨以及 SerDes 逻辑和接收器轨。使用 PMBus 接口可以简化这些高电流轨的编程和监控。

PMBus是一项行业标准协议，它可以简化与电源转换器和电源系统中其它设备的2线制数字通信。在你的系统中使用PMBus可以减少设计时间、降低风险和成本，从而增加电源的功率密度和可靠性，并且优化组件性能和效率。PMBus使你能够监视电流、电压和温度，并且报告和记录故障。在使用PMBus时，通过将全新缺省参数储存在非易失性存储器中，设计人员能够在设备运行期间配置IC，从而在较短的时间周期内生成并验证全新设计。

TI的PMBus控制器和转换器采用两种不同的控制模式拓扑：模拟控制环路，通常情况下，速度最快，以及数字控制环路，由于其时钟和比例积分微分 (PID) 电路，会增加系统的延迟。TI很多基于PMBus D-CAP™，D-CAP2™ 和D-CAP3™ 的控制器和iFET特有一个模拟控制环路，可实现更快的负载瞬态响应，并且没有环路补偿。

TI为 NXP QorIQ LS2085A/88A 处理器提供 PMBus 稳压器参考设计，该设计完全满足 LS2085A/88A 容差规范，同时仅需要 NXP 评估板所需输出电容的 50%。该参考设计包含TPS53681双输出 PMBus 控制器和 TI 的CSD95490Q5MC智能功率级，如图 1 所示。

图 1：NXP LS2085A88A QorIQ 电源设计

TPS53681是一款多相降压控制器，具有双通道、内置非易失性存储器（NVM）和PMBus™ 接口，并与Tl NexFET完全兼容™功率级。D-CAP等高级控制功能+™ 具有下冲抑制（USR）的架构提供快速瞬态响应、低输出电容和高效率。该装置还提供了新颖的相位交错策略和动态相位切换，以提高不同负载下的效率。该设备支持快速动态电压转换，转换速率可调。此外，该设备支持PMBus通信接口，用于向系统报告电压、电流、功率、温度和故障状况的遥测。所有可编程参数均可通过PMBus接口进行配置，并可作为新的默认值存储在NVM中，以尽量减少外部部件数量。
TPS53681设备采用热增强型40引脚QFN封装，额定工作温度为-40°C至125°C。

CSD95490Q5MC NexFET™ 功率级是一种高度优化的设计，用于大功率、高密度同步降压变换器。该产品集成了驱动IC和功率MOSFET，以完成功率级开关功能。这种组合在一个5毫米×6毫米的小外形封装中产生大电流、高效率和高速开关能力。它还集成了精确的电流传感和温度传感功能，以简化系统设计并提高精度。此外，PCB FootPNT经过优化，有助于缩短设计时间，简化整个系统设计的完成。

TI 对该参考设计进行了全面测试，该板包含用于测试负载瞬态的板载负载瞬态发生器电路，从而测量交流输出电压容差。该参考设计板具有用于完整电源测试、TPS53681 编程和使用 TI Fusion Digital Power™ Designer通过 PMBus 接口监控两个电压轨的所有连接（图 2）。

图 2：NXP LS2085A88A QorIQ 电源设计评估板

在众多测试中，重要的是负载阶跃和负载释放瞬态测试，如图 3 和图 4 所示。在这两种情况下，参考设计均符合 NXP 容差规范。

图 3：NXP LS2085A88A QorIQ 负载阶跃测试

图 4：NXP LS2085A88A QorIQ 负载释放测试

该设计甚至在 Bode 图的顶部包含一个 Nyquist 图，以证明设计稳定性，如图 5 所示。如果在测试中没有出现点 (–1, 0) 的环绕（环绕），则 Nyquist 图是稳定的在测试期间扫描频率。

图 5：NXP LS2085A88A QorIQ GDD 轨奈奎斯特图

最后，该设计还提供了 VDD 和 GVDD 电源的热性能数据，如图 6 所示。

图 6：VDD 轨功率级温度，60A 负载（左）；GVDD 功率级温度，30A 负载（右）

NXP 处理器现在是 TI处理器电源门户的一部分，该门户将使用 TI 电源解决方案和针对其他 NXP 网络处理器的设计进行更新。因此，如果您正在使用 NXP QorIQ 处理器进行设计并且不知道从哪里开始，请立即下载参考设计。