深入了解TPS51206EVM - 745：DDR终止调节器评估模块

在电子设计领域，DDR内存电源的设计至关重要，它直接影响着系统的性能和稳定性。今天，我们就来深入探讨一下德州仪器（Texas Instruments）的TPS51206EVM - 745评估模块，看看它是如何为DDR2、DDR3、DDR3L和DDR4内存提供支持的。

文件下载：TPS51206EVM-745.pdf

一、TPS51206EVM - 745概述

TPS51206EVM - 745评估模块采用了TPS51206芯片，这是一款带有VTTREF缓冲参考输出的源/吸收双数据速率（DDR）终止调节器。它专为低输入电压、低成本、外部组件数量少且对空间要求较高的系统而设计。该模块能够为DDR内存提供适当的终止电压和10 mA的缓冲参考电压，涵盖了DDR2（0.9VTT）、DDR3（0.75VTT）、DDR3L（0.675VTT）和DDR4（0.6VTT）的规格要求，并且只需最少的外部组件。

1.1 典型应用

• DDR2/DDR3/DDR3L/DDR4内存电源
• SSTL_18、SSTL_15、SSTL_135和HSTL终止

1.2 特性

• 电源支持：支持5V和3.3V的VDD电压轨，VLDOIN和VDDQ电压范围为1.2V - 1.8V。
• 瞬态负载模拟：内置板载瞬态负载，具有吸收和源能力，可模拟源/吸收瞬态行为，有助于评估动态性能。用户可以通过板载电阻修改负载阶跃和瞬态时序。不同DDR类型对应的瞬态负载能力如下：
  • DDR2（0.9VTT）：± 1.8A源/吸收瞬态负载
  • DDR3（0.75VTT）：± 1.5A源/吸收瞬态负载
  • DDR3L（0.675VTT）：± 1.35A源/吸收瞬态负载
  • DDR4（0.6VTT）：± 1.2A源/吸收瞬态负载
• 开关控制：配备开关S1和S2，用于S3和S5启用功能。
• 测试便利性：提供方便的测试点，可用于探测VTT、VTTREF、CLK_IN和环路响应测试。
• PCB设计：采用四层印刷电路板（PCB），所有组件都位于底层。

二、电气性能规格

TPS51206EVM - 745的电气性能规格涵盖了输入特性、VTT和VTTREF终止电压、终止电流、电流限制以及电压容差等方面。以下是一些关键参数：	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VDD电压范围			5/3.3		V
VDDQ电压范围		1.2		1.8	V
VLDOIN电压范围		VTT + 0.4		3.5	V
DDR2（0.9VTT）VTT			0.9		V
DDR2（0.9VTT）VTTREF		0.9			V
……	……	……	……	……	……
VTT终止电流（IVTT）	DDR2(0.9VTT)和DDR3(0.75VTT)	-2		2	A
VTT终止电流（IVTT）	DDR3L(0.675VTT)和DDR4(0.6VTT)	-1.5		1.5	A
VTTREF终止电流（IVTTREF）		-10		10	mA
VTT吸收电流限制		2			A
VTT源电流限制		2			A
VTT终止电压容差	|IVTT| < 2A，1.4V ≤ VVDDQSNS ≤ 1.8V	-40		40	mV
VTTREF终止电压容差	|IVTTREF| < 10 mA，1.5V ≤ VVDDQSNS ≤ 1.8V	49%		51%

三、测试设置

3.1 测试设备

• 电压源：
  • VDD：需要一个0V - 10V的可变直流电源，能够提供1A的直流电流。
  • VLDOIN：需要一个0V - 10V的可变直流电源，能够提供10A的直流电流。
• 仪表：
  • V1：用于测量TP1（VDD）和TP2（GND）之间的VDD直流电压。
  • V2：用于测量TP6（VLDOIN）和TP7（GND）之间的VLDOIN直流电压。
  • V3：用于测量TP3（VTT）和TP5（GND）之间的VTT直流电压。
  • V4：用于测量TP9（VTTREF）和TP13（GND）之间的VTTREF直流电压。
• 负载：VTT负载必须是一个能够在0.9V直流电压下提供0A - 10A电流的电子恒流负载。
• 示波器：可以使用数字或模拟示波器来测量VTT源/吸收电流瞬态。示波器应设置为1MΩ阻抗、20MHz带宽、交流耦合、200µs/格的水平分辨率和50mV/格的垂直分辨率。

3.2 推荐的线规

• VDD直流电源1到J1的连接：推荐使用AWG 18线规，总长度小于4英尺（输入2英尺，返回2英尺），可承载高达0.5A的直流电流。
• VLDOIN直流电源2到J4的连接：推荐使用AWG 16线规，总长度小于4英尺（输入2英尺，返回2英尺），可承载高达5A的直流电流。
• VTT负载到J3的连接：推荐使用AWG 16线规，总长度小于4英尺（输入2英尺，返回2英尺），可承载高达5A的直流电流。

3.3 推荐的测试设置

在静电放电（ESD）工作站上工作时，在给评估模块供电之前，要确保所有的腕带、靴带或垫子都连接到接地端。

四、配置

在给评估模块供电之前，需要进行跳线选择。用户可以根据以下配置进行设置：

4.1 瞬态负载选择

通过J6设置瞬态负载。默认设置是J6的Pin2和Pin3短接，以禁用瞬态负载。	跳线设置	瞬态负载
1 - 2引脚短接	启用
2 - 3引脚短接	禁用

4.2 源瞬态负载选择

通过J7设置源瞬态负载。默认设置是J7的Pin1和Pin2短接，以启用源瞬态负载。	跳线设置	瞬态负载
1 - 2引脚短接	启用
2 - 3引脚短接	禁用

4.3 吸收瞬态负载选择

通过J8设置吸收瞬态负载。默认设置是J8的Pin1和Pin2短接，以启用吸收瞬态负载。	跳线设置	瞬态负载
1 - 2引脚短接	启用
无跳线短接	禁用

4.4 S1、S2启用选择

通过开关S1和S2启用或禁用控制器。默认设置是将S1和S2推到顶部（OFF位置）以禁用控制器。	S2开关（S3）设置	S1开关（S5）设置	VTTREF	VTT
ON位置	ON位置	ON	ON
OFF位置	ON位置	ON	OFF(高阻态)
OFF位置	OFF位置	OFF(放电)	OFF(放电)

五、测试程序

5.1 源负载调节测试

以DDR2（0.9VTT）/DDR3（0.75VTT）/DDR3L（0.675VTT）/DDR4（0.6VTT）为例，测试步骤如下：

1. 确保J6的Pin2和Pin3短接。
2. 确保J7和J8的Pin1和Pin2短接。
3. 确保开关S1和S2处于OFF位置。
4. 将VTT负载设置为0A。
5. 将J1处的VDD（VDD直流电源1）从0V增加到5V，使用V1验证VDD电压在4.8V - 5V之间。
6. 根据不同的DDR类型，将J4处的VLDOIN电压（VLDOIN直流电源2）从0V增加到相应的值（DDR2为1.8V，DDR3为1.5V，DDR3L为1.35V），使用V2验证VLDOIN电压。
7. 将开关S1和S2设置为ON位置。
8. 使用V3和V4测量VTT和VTTREF电压。
9. 将负载从0A增加到1.5A。
10. 必要时验证V2并调整VLDOIN。
11. 使用V3和V4再次测量VTT和VTTREF电压。
12. 将负载降低到0A。
13. 将开关S1和S2设置为OFF位置。

5.2 源/吸收电流瞬态测试

1. 从J3移除VTT负载。
2. 从TP3（VTT）和TP5（GND）移除V3。
3. 在TP3（VTT）和TP5（GND）添加示波器探头。
4. 移除J6的Pin2和Pin3上的跳线，并将其放在Pin1和Pin2上。
5. 将开关S1和S2设置为ON位置。
6. TPS51206现在处于源/吸收负载瞬态工作状态。
7. 必要时验证V2并调整VLDOIN。
8. 使用示波器探头在TP3（VTT）和TP5（GND）监测VTT负载瞬态操作，并使用光标进行测量。
9. 将开关S1和S2设置为OFF位置。
10. 将直流电源从1.2V降低到0V。

5.3 环路稳定性测量

TPS51206EVM - 745在反馈环路中包含一个10Ω的串联电阻R4，用于环路响应分析。测试步骤如下：

1. 按照第4节和图3的描述设置评估模块。
2. 将隔离变压器连接到标记为TP11和TP10的测试点。
3. 将输入信号幅度测量探头（通道A）连接到TP11，将输出信号幅度测量探头（通道B）连接到TP10。
4. 将通道A和通道B的接地引线连接到TP12。
5. 通过隔离变压器注入约50mV或更小的信号。
6. 以10Hz或更低的后置滤波器将频率从1kHz扫描到1MHz，测量控制环路增益和相位裕度。
7. 在进行其他测量之前，从波特图测试点断开隔离变压器，因为信号注入反馈可能会干扰其他测量的准确性。

六、性能数据和典型特性曲线

文档中提供了VTT负载调节、VTTREF负载调节、VTT压降电压、VTT源/吸收负载瞬态、DDR3（0.75VTT）S5和S3启用开启/关闭以及DDR3（0.75VTT）波特图等性能数据和典型特性曲线，这些数据和曲线可以帮助工程师更好地了解TPS51206EVM - 745的性能表现。

七、EVM组装图和PCB布局

TPS51206EVM - 745采用四层2盎司铜印刷电路板设计，文档中提供了顶层组装图、顶层、内部层1、内部层2、底层和底层组装图等详细的PCB布局信息，有助于工程师进行硬件设计和调试。

八、物料清单

文档中提供了评估模块的物料清单，包括电容、电阻、MOSFET、集成电路等组件的详细信息，方便工程师进行采购和组装。

九、注意事项

在使用TPS51206EVM - 745评估模块时，需要注意以下几点：

• 该评估模块仅用于工程开发、演示或评估目的，不适合一般消费者使用。
• 操作时要确保输入电压范围在0V - 5.5V之间，输出电压范围在0.6V - 1.8V之间，否则可能会导致意外操作或对评估模块造成不可逆的损坏。
• 正常运行时，一些电路组件的外壳温度可能会超过50°C，在操作时要注意避免接触这些高温组件。

总之，TPS51206EVM - 745评估模块为DDR内存电源的设计和测试提供了一个方便、可靠的平台。通过深入了解其特性、性能和测试方法，工程师可以更好地进行DDR内存电源的设计和优化。你在使用类似评估模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。