LP3907可编程电源管理单元评估套件使用指南

一、LP3907概述

LP3907是一款多功能、可编程的电源管理单元，专为低功耗FPGA、微处理器和DSP进行了优化。它集成了两个高效的1A/600mA降压DC/DC转换器（具备动态电压管理功能）、两个300mA线性稳压器，以及一个400kHz的I2C兼容接口，可让主机控制器访问LP3907的内部控制寄存器。此外，它还具备可编程的上电排序功能，采用了4 x 4 x 0.8mm的WQFN 24引脚封装。这一设计使得LP3907在低功耗设备的电源管理方面具有很强的竞争力，大家不妨思考一下，这种多功能集成对于设备的整体性能会带来哪些具体的提升呢？

文件下载：LP3907SQ-JXQXEV.pdf

二、评估套件概述

LP3907评估套件基于模块化系统，实际的评估板通过USB - I2C接口板连接到PC。该套件支持对LP3907电路进行完整的功能评估，其组成包括：

1. 带USB接口的LP3907评估板
2. USB接口电缆
3. PC评估软件
4. LP3907数据手册
5. 评估手册（即本文档）

三、评估套件设置

3.1 静电防护

在操作评估套件时，一定要使用ESD防护措施，防止不必要的静电放电事件损坏设备。

3.2 连接与驱动安装

LP3907评估板左侧应有USB接口，使用附带的USB电缆将其连接到PC的USB端口。首次插入USB板时，操作系统会提示“发现新硬件”并安装USB驱动。若未出现此提示，可尝试重新插拔电缆。

3.3 软件运行

可以直接从提供的CD中双击图标运行LP3907评估软件，但建议将其复制到PC硬盘后再运行。该软件支持WinXP和Windows 2000系统，运行时可能需要Win XP系统管理员权限。

四、注意事项

4.1 跳线设置

在更改电源跳线设置（USBPower跳线）时，务必先断开USB电缆，否则可能导致USB板无响应。

4.2 接口与软件问题

若USB接口无响应或软件挂起，可按下复位按钮，或断开USB电缆5秒钟。USB接口板的详细操作可参考随附的USB接口手册。

4.3 寄存器编程

评估软件可通过滑块和按钮控制设备的所有必要寄存器。直接寄存器编程仅用于调试目的，因为发送错误值可能会损坏部件。

4.4 外部电源使用

当使用外部电源且USB电缆未插入评估板时，要确保移除连接USB接口与芯片的跳线，包括USBPOWER、GND平面、SDA、SCL和所有ADC跳线。

五、快速上手

由于内部上拉电阻，插入USB电缆后LP3907应立即激活。为避免损坏部件，务必阅读“LP3907板供电”部分。快速启动时，需短接（连接）LP3907评估板上除JP8和JP7之外的所有跳线，这两个跳线用于内部测试，将LDO输出短路到GND。同时可忽略4针USB编程接口。启动GUI后，底部的接口控制应显示“OK”，这表明电源正常启动。若需通过充电器适配器为LP3907上电的更多信息，可参考LP3907评估套件CD中提供的LP3907数据手册。

六、评估软件使用

6.1 寄存器接口（直接读写）

通过I2C兼容串行接口建立的寄存器控制，允许用户直接对寄存器进行编程。但需注意，此功能仅用于调试，因为发送错误值可能损坏部件。相比之下，软件提供的滑块和按钮能以更交互的方式完成相同命令，且更不易出错。

6.1.1 寄存器控制使用

直接寄存器访问分为直接寄存器写入和直接寄存器读取两部分。写入特定寄存器时，在框中输入十六进制的寄存器地址，通过特定位按钮设置值，然后点击“写入”；读取二进制值时，在右侧框中输入十六进制的寄存器地址，点击“读取”。例如，要关闭除LDO1稳压器之外的所有稳压器，可在“Addr (HEX):”框中输入数字10，点击二进制占位符4，再点击“存储”，点击“读取”按钮时，寄存器应显示存储的值（00010000）。不过，同样的功能通过图形界面实现会更简单，建议仅在必要时使用直接寄存器访问。此外，寄存器配置文件接口允许用户保存设置，供以后使用，GUI可保存两组配置文件。

6.2 芯片控制接口

若IC状态改变或用户为寄存器分配新值，若未启用“自动轮询”按钮，GUI可能无法反映这些变化。点击“读取所有”按钮可手动更新GUI，使其反映IC的最新状态。“自动轮询”复选框默认开启，每秒刷新GUI，确保其反映芯片当前状态；“自动写入”复选框默认也开启，若用户不想更改芯片设置，可取消勾选。“默认值”按钮可将芯片上的所有寄存器设置为默认值，“测量”按钮可更新USB接口上ADC测量的芯片值，“退出”按钮可退出程序。

6.3 稳压器输出电压选择

所有LDO和降压转换器的输出电压可通过I2C控制寄存器编程，只需移动滑块即可。降压稳压器有两个滑块和一个“保持/斜坡”按钮，用于控制输出电压。若未按下“保持/斜坡”按钮，用户无法将降压稳压器调整到第二个电压。降压稳压器的输出将反映点击单选按钮（V1或V2）的滑块设置。此外，降压稳压器还有一个“保持/斜坡”滑块，用于确定稳压器调整到第二个编程电压的速度，斜坡时间从芯片接收到I2C信号开始计算。所有稳压器也可通过20针插头上的不同配置设置进行硬件启用或禁用，降压稳压器在板上还有额外的启用测试点。用户还可强制降压稳压器进入PWM模式，点击GUI上的“强制PWM”复选框可使相应稳压器即使在轻载（PFM模式）下也保持PWM模式，再次点击可禁用强制PWM模式。降压转换器有一个滑块接口，可提供可调输出电压，将滑块滑到底部，可使用外部电阻分压器网络设置降压输出电压。但在电池为系统供电时，不建议使用强制PWM模式。USB接口还包含ADC，用于测量稳压器的输出电压，连接USB接口ADC跳线，点击GUI上的“测量”按钮即可测量外部电压。

6.4 降压和EN_T控制

控制/状态位控制菜单可控制芯片的多个方面：

1. 温度：反映稳压器的状态，若降压或LDO稳压器因温度超出调节范围，将在面板中显示。
2. 系统延迟序列：允许用户为芯片启动编程预设延迟序列。
3. 启用降压外部时钟：勾选此选项，用户需向IC的SYNC引脚输入13MHz时钟；未勾选则降压稳压器内部以2MHz时钟运行。
4. 扩频、SS调制：有助于减少降压开关的噪声，详细信息可参考LP3907数据手册的“扩频”部分。
5. 旁路欠压锁定（UVLO）：此选项可禁用欠压锁定功能，当电源电压低于2.8V时，该功能会自动禁用稳压器。
6. 上电复位（POR）延迟：设置上电复位功能的延迟时间，更多细节可参考数据手册的“灵活上电复位”部分。

七、评估硬件使用

7.1 LP3907板供电

7.1.1 外部电源

若稳压器连接有负载，建议使用外部电源为LP3907供电。可使用电池或墙式适配器为LP3907评估板供电，将电压施加到VDD_M引脚（参考GND_M）。在施加电源到VDD_M之前，务必断开USBPOWER跳线，否则可能损坏USB芯片和/或IC。使用外部电源供电时，GUI的全部功能仍然可用。需注意，若VDD_M的电源接近2.8V且稳压器上有大负载电流，芯片可能因UVLO而断电，可勾选“旁路UVLO”功能来禁用该功能。

7.1.2 USB接口供电

若没有外部电源或电池，可使用USB板为LP3907芯片供电，将USBPOWER跳线连接到LP3907评估板的5V引脚。需要注意的是，使用USB供电时，应断开VDD_M引脚的外部电源。USB接口卡可提供5V（默认设置，USBPOWER需设置为5V）和3.3V（USBPOWER需设置为3.3V，适用于需要较低电压的情况）两种电压。

7.2 通过20针插头进行启用配置

通过在20针插头上跳线，可以启用或禁用不同的稳压器。将稳压器的启用引脚接地的一个实际用途是发出系统延迟序列（EN_T）信号，芯片通过EN_T断言供电的详细信息可参考数据手册的“上电”部分。

7.3 LP3907硬件模块描述

评估板完全配备了LP3907。该评估板设计允许用户独立测试每个功能，也可进行系统测试。通过跳线表中描述的跳线1 - 6，可将每个模块的VDD和GND路径与其他模块分离。测试每个模块的步骤如下：

1. 连接所有跳线（不包括USBPOWER、JP7和JP8）。
2. 使用提供的GUI禁用所需模块。
3. 根据跳线表移除连接跳线（JP1、JP2、JP4或JP6），隔离测试模块的电源和接地平面。
4. 将电源（VOUT + 0.3V）连接到所需模块的输入（参考其相应的接地）。
5. 启用模块并进行正常测试。

低压差稳压器的输出电压可在评估板丝印标记的“Turrets”（LDO1和LDO2）处访问（参考GND_M），两个降压稳压器的输出电压可在“Turrets” VBUCK1、VBUCK2处访问（参考GND_SW1和GND_SW2）。外部电源可连接到VDD_M（参考GND_M），提供给系统的电压必须在2.7V（旁路UVLO时）至5.5V之间。SMB连接器位于VBUCK1和VBUCK2上方，分别连接到Buck1和Buck2的SW引脚，可用于监测稳压器的开关情况。两个I2C兼容信号SDA和SCL可通过I2C SCL和I2C SDA的Turrets外部访问，两条线通过22K电阻R1、R2上拉。每个降压开关稳压器可通过外部电阻反馈网络进行外部补偿，若用户希望芯片采用工厂编程设置进行内部补偿，应在Buck1的R14和Buck2的R11上放置0欧姆电阻。

八、Gerber文件

LP3907评估板是四层板，随附的CD中有Cadence allegro格式的Gerber文件。

九、PCB布局考虑

9.1 整体布局

评估板从顶层到底层依次为：顶层（元件面）、接地层、中间信号层、底层（焊接面）。为保证电路性能，输入和输出电容应靠近电路放置，大电流走线应采用宽线。敏感元件应远离高脉动电流的元件，去耦电容应靠近电路的VIN引脚。数字地和模拟地应分开布线，并通过星型连接方式连接在一起，同时应尽量减少大电流和开关电流路径。

9.2 低压差稳压器

滤波电容应靠近输入和输出引脚放置，大电流走线和接地返回线应采用较大的线宽。

9.3 降压稳压器

电源旁路电容、滤波电容和电感应靠近放置，走线应尽量短。这些元件之间的走线承载相对较高的开关电流，类似天线，遵循此规则可减少辐射噪声。组件的排列应使开关电流环路方向一致。使用大面积元件面铜填充作为伪接地平面，将降压接地和电容接地连接在一起，然后在单点连接到电路板系统接地平面。将伪接地平面放置在这些元件下方，并在电流环路外将其连接到输出电容的系统接地，可防止开关电流将噪声注入系统接地。这些组件以及电感和输出应放置在电路板的同一侧，且连接应在同一层进行。应将电压反馈路径等对噪声敏感的走线远离电感，可通过在底层布线或在开关节点和反馈路径之间添加接地铜区域来实现。为减少功率组件之间的噪声走线，应使数字线远离该区域。反馈节点应尽量小，以便接地引脚和接地走线能屏蔽其免受SW或降压输出的影响。功率组件之间以及与DC - DC转换器电路的电源连接应使用宽走线，以减少电阻损耗引起的电压误差。对于感测线，应使用开尔文接触连接。

十、LP3907评估板主要组件列表

参考设计号	值、尺寸、公差	描述	供应商
C6,C7,C10	1uF, 16V, X7R, 0805	C2012X7R1C105K	TDK
C1–C5	10uF, 16V, X7R 01206	C3216X7R1C106M	TDK
C8,C9	0.47uF, 25V, X7R 0805	C2012X7R1E474K	TDK
R1,R2	22K OHM 1/10W 1% 0603	MCR03EZPFX2202	Rohm SMD
R11, R13	0 OHM 0603 SMD	MCR03EZPJ000	Rohm
S1,S2	SMB Connector	131 - 1701 - 206	Emerson
L2,L3	2.2 uH@I sat 2A	Buck boost inductor NP04SZB	Taiyo Yuden 2R2N
WQFN package	4x4mm WQFN - 24 package	Power management IC	Texas Instruments LP3907

以上就是LP3907可编程电源管理单元评估套件的详细使用指南和相关技术要点，希望对各位电子工程师在实际设计和测试过程中有所帮助。大家在使用过程中遇到任何问题，都可以随时交流探讨。