TPS59650EVM - 753：Intel™ IMVP - 7 电源系统评估模块深度解析

在电子设计领域，电源系统的稳定性和性能对于整个设备的正常运行至关重要。今天，我们将深入探讨德州仪器（TI）的 TPS59650EVM - 753 评估模块，它为 Intel™ IMVP - 7 串行 VID（SVID）电源系统提供了一个完整的解决方案。

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一、模块概述

TPS59650EVM - 753 评估模块专为使用 9V - 20V 输入总线为 IMVP7 SVID CPU/GPU 电源系统产生 6 个稳压输出而设计。它特别用于展示 TPS59650 的完整 IMVP7 移动功能，同时提供 GUI 通信编程和多个测试点，方便评估 TPS59650 的静态和动态性能。

1.1 典型应用

该模块适用于多种场景，如适配器、电池、NVDC 或 3V/5V/12V 导轨的 IMVP7 Vcore 应用。

1.2 模块特性

• 完整解决方案：为 9V - 20V 输入的 Intel IMVP7 SVID 电源系统提供完整的解决方案。
• GUI 通信：通过 GUI 通信展示完整的 IMVP7 移动功能。
• 高输出电流支持：3 相 CPU Vcore 可支持高达 94A 的输出电流，2 相 GPU Vcore 可支持高达 46A 的输出电流。
• 频率和电流限制可选：CPU 和 GPU 电源有 8 种可选的开关频率和 8 级可选的电流限制。
• 输出使能控制：每个输出都有开关或跳线用于使能控制。
• 动态负载功能：板载动态负载适用于 CPU、GPU Vcore 和 VCCIO 输出。
• 高效高密度：使用 TI 功率块 MOSFET 实现高效率和高功率密度。
• 方便的测试点：提供方便的测试点，用于探测关键波形。
• 八层 PCB：采用 1oz 铜的八层 PCB 设计。

二、电气性能规格

2.1 输入特性

参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
12VBAT 输入电压范围	VBAT	9	12	20	V
最大输入电流	VBAT = 12V，全负载（3 相 CPU/2 相 GPU）		15.5		A
无负载输入电流	VBAT = 12V，无负载（3 相 CPU/2 相 GPU）		0.14		A
5VIN 输入电压范围	5Vin	4.5	5	5.5	V
最大输入电流	VBAT = 12V，全负载		0.3		A
无负载输入电流	VBAT = 12V，无负载		0.1		A

2.2 输出特性

• CPU（TPS59650）：输出电压 Vcore 典型值为 1.05V，输出电压调节（线路调节）典型值为 0.1%，负载调节（下垂）负载线为 - 1.9mΩ，输出电压纹波在 VBAT = 12V、1.05V/90A（3 相）、300kHz 时典型值为 25mVpp，输出负载电流最大可达 94A，输出过流可按相选择，典型值为 37A，开关频率可选，范围为 250 - 600kHz，满载效率在 VBAT = 12V、1.05V/95A、300kHz 时典型值为 80.05%。
• GPU（TPS59650）：输出电压 Vcore 典型值为 1.23V，输出电压调节（线路调节）典型值为 0.1%，负载调节（下垂）负载线为 - 3.9mΩ，输出电压纹波在 VBAT = 12V、1.23V/50A（2 相）、385kHz 时典型值为 30mVpp，输出负载电流最大可达 50A，输出过流可按相选择，典型值为 37A，开关频率可选，范围为 275 - 660kHz，满载效率在 VBAT = 12V、1.23V/50A（2 相）、385kHz 时典型值为 86.58%。
• 1.05V VCCIO（TPS51219）：输出电压典型值为 1.05V，输出电压调节（线路调节）典型值为 0.1%，负载调节典型值为 0.1%，输出电压纹波在 VBAT = 12V、1.05V/10A 时典型值为 30mVpp，输出负载电流最大可达 10A，输出过流典型值为 16A，开关频率可选，典型值为 500kHz，满载效率在 VBAT = 12V、1.05V/10A 时典型值为 89.87%。
• DDR3L/DDR4 内存导轨（TPS51916）：输出电压典型值为 1.2V，输出电压调节（线路调节）典型值为 0.1%，负载调节典型值为 0.1%，输出电压纹波在 VBAT = 12V、1.2V/8A 时典型值为 30mVpp，输出负载电流最大可达 8A，输出过流典型值为 10A，开关频率可选，典型值为 500kHz，满载效率在 VBAT = 12V、1.2V/8A 时典型值为 89.07%。

三、测试设置

3.1 测试设备

• PC 计算机：需运行 Microsoft Windows XP 或更新版本，具备可用的 USB 端口。
• USB 电缆：标准 USB_A 到 USB_B 5 针 Mini - B 电缆。
• TPS59650 USB 驱动和 SVID GUI 安装：将 setup.exe 和 setup.msi 文件复制到主机计算机，运行 setup.exe，按照安装说明安装驱动和 Texas Instruments SVID GUI。
• DC 源：12VBAT DC 源应为 0 - 20V 可变 DC 源，能够提供 20Adc 电流；5Vin DC 源应为 0 - 5V 可变 DC 源，能够提供 1Adc 电流。
• 仪表：用于测量 5Vin、12VBAT、CPU Vcore、GPU Vcore、VDDQ 和 VCCIO 等电压和 12VBAT 输入电流。
• 负载：输出负载应为能够提供 0 - 90Adc 的电子恒流负载。
• 示波器：可使用数字或模拟示波器测量输出纹波，示波器应设置为 1MΩ 阻抗、20MHz 带宽、交流耦合、2us/division 水平分辨率、50mV/division 垂直分辨率。

3.2 推荐线规

• 5Vin 到 J22（5V 输入）：推荐使用 1x AWG #18 电线，总长度小于 4 英尺（输入 2 英尺，返回 2 英尺）。
• 12VBAT 到 J21（12V 输入）：推荐使用 1x AWG #16 电线，总长度小于 4 英尺（输入 2 英尺，返回 2 英尺）。
• J1、J2、J3（CPU）到负载或 J4、J5（GPU）到负载或 J19（VDDQ）到负载或 J15（VCCIO）到负载：最小推荐使用 2x AWG #16 电线，总长度小于 4 英尺（输出 2 英尺，返回 2 英尺）。

3.3 推荐测试设置

在 ESD 工作站工作，确保在处理 EVM 之前，任何腕带、靴带或垫子都连接到接地参考。

3.4 USB 电缆连接

使用标准 USB_A 和 5 针 Mini_B USB 电缆连接主机计算机和 EVM 上的 J34 USB 端口，EVM 上 USB 端口附近的绿色 LED（D13）将亮起，表示 USB 电缆已连接。

3.5 输入连接

在连接 5Vin DC 源之前，建议将源电流限制在最大 1A，确保 5Vin 初始设置为 0V；在连接 12VBAT DC 源之前，建议将源电流限制在最大 10A，确保 12VBAT 初始设置为 0V。同时，连接电压表测量 5Vin 和 12VBAT 电压，连接电流表测量 12VBAT 输入电流。

3.6 输出连接

将负载连接到 J1、J2、J3 并设置为恒阻模式，在施加 5Vin 和 12VBAT 之前将负载设置为吸收 0Adc，用于 CPU 操作；连接电压表测量 CPU Vcore 感应电压。

四、配置

4.1 CPU 和 GPU 配置

• 电流限制跳闸选择：通过 J10（CPU）和 J12（GPU）设置电流限制跳闸，默认设置为 CPU 和 GPU 均为 5 级。
• CPU 频率选择：通过 J11 设置 CPU 工作频率，默认设置为 300kHz。
• GPU 频率选择：通过 J13 设置 GPU 工作频率，默认设置为 385kHz。
• F2808 DSP 程序模式选择：通过 J39 设置 F2808 DSP 程序模式，默认设置为无跳线短路，用于正常操作。
• 5Vin 偏置电压选项：通过 J33 选择 5Vin 偏置电压来源，默认设置为无跳线短路。
• 板载动态负载选择：通过 S2 和 S3 设置板载动态负载，默认设置为将 S2 和 S3 推到“OFF”位置以禁用板载动态负载。
• IMVP - 7 VR_ON 启用选择：通过 S4 启用和禁用 IMVP - 7 CPU/GPU，默认设置为将 S4 推到“OFF”位置以禁用 CPU 和 GPU。

4.2 1.2VDDQ、0.6V VTT 和 0.6V VTTREF 配置

通过 J18 和 J17 启用和禁用控制器，默认设置为 J18 和 J17 的引脚 2 和引脚 3 跳线短路。

4.3 1.05V VCCIO 配置

• 1.05V 启用选择：通过 S1 设置 1.05V 启用，默认设置为将 S1 推到“OFF”位置。
• VCCIO 输出电压选择：通过 J14 选择 VCCIO 输出电压，默认设置为 J14 的引脚 1 和引脚 2 跳线短路，输出电压为 1.05V。
• 板载动态负载启用引脚：通过 J23 启用或禁用板载动态负载，默认设置为 J23 跳线短路。

五、测试程序

5.1 线路/负载调节和效率测量程序

5.1.1 CPU

1. 按照第 4.3 节至第 4.6 节和图 4 所述设置 EVM。
2. 确保 J39 无跳线短路。
3. 在施加 5Vin 和 12VBAT 之前，确保所有其他跳线配置按照第 5 节设置。
4. 确保负载设置为恒阻模式并吸收 0Adc。
5. 确保 S1 和 S4 处于“OFF”位置。
6. 在 TP30 上添加示波器探头以测量 CPU Vcore 纹波。
7. 确保 USB 电缆连接在主机计算机和 EVM 上的 USB 端口（J34）之间。
8. 将 5Vin 从 0V 增加到 5V，使用 V1 测量 5Vin 输入电压。
9. 将 12VBAT 从 0V 增加到 12V，使用 V2 测量 12VBAT 输入电压。
10. 双击图标启动 GUI 程序。
11. 将 S4 推到“ON”位置以启用 TPS59650 的 VR_ON，VR_ON LED 将亮起。
12. 现在可以发送 SVID 命令，GUI 启动时默认设置为：地址：00 CPU，命令：SetVIDslow，有效负载：1.05V。
13. 点击“发送命令”，CPU CPGOOD LED 将亮起。
14. 测量 V3（CPU Vcore 在 J7）和 A1（12VBAT 输入电流）。
15. 将 CPU 负载从 0Adc 变化到 94Adc，CPU Vcore 必须保持在负载线内。
16. 将 12VBAT 从 9V 变化到 20V，CPU Vcore 必须保持在线路调节内。
17. 将 S4 推到“OFF”位置以禁用 CPU Vcore 控制器。
18. 将负载减小到 0A 并从端子 J1、J2、J3 断开负载。
19. 从 J7 断开 V3。
20. 从 TP30 断开示波器探头。

5.1.2 GPU

1. 将负载连接到 GPU 端子 J4、J5 和 V3 到 J9，确保极性正确。
2. 在 TP46 上添加示波器探头以测量 GPU Vcore_G 纹波。
3. 将 S4 推到“ON”位置以启用 TPS59650 的 VR_ON，VR_ON LED 将亮起。
4. 使用下拉菜单发送 GPU 的 SVID 命令：地址：01 GPU，命令：SetVIDslow，有效负载：1.23V。
5. 点击“发送命令”，GPU GPOOD LED 将亮起。
6. 测量 V3（GPU Vcore_G 在 J9）和 A1（12VBAT 输入电流）。
7. 将 GPU 负载从 0Adc 变化到 50Adc，GPU Vcore 必须保持在负载线内。
8. 将 12VBAT 从 9V 变化到 20V，GPU Vcore 必须保持在线路调节内。
9. 将 S4 推到“OFF”位置以禁用 GPU Vcore 控制器。
10. 将负载减小到 0A 并从端子 J11 断开负载。
11. 从 J9 断开 V3。
12. 从 TP46 断开示波器探头。
13. 退出 SVID GUI 窗口：点击文件 -> 点击退出。
14. 断开主机计算机和 EVM 之间的 USB 电缆。

5.1.3 VDDQ

1. 将负载连接到 VDDQ 端子 J19 和 V3 到 J20，确保极性正确。
2. 从 J17、J18 的引脚 2 和引脚 3 移除跳线，并将其放在 J18、J17 的引脚 1 和引脚 2 上以启用 VDDQ 控制器的 S5，VDDQ PGOOD LED 将亮起。
3. 测量 V3（VDDQ 在 J20）和 A1（12Vin 输入电流）。
4. 将 VDDQ 负载从 0Adc 变化到 8Adc，VDDQ 必须保持在负载调节内。
5. 将 12VBAT 从 9V 变化到 20V，VDDQ 必须保持在线路调节内。
6. 移除 J17、J18 的跳线并将其短路回 J17、J18 的引脚 2 和引脚 3 以禁用 VDDQ 控制器。
7. 将负载减小到 0A 并从端子 J19 断开负载。
8. 从 J20 断开 V3。

5.1.4 VCCIO

1. 将负载连接到 VCCIO 端子 J15 和 V3 到 J16，确保极性正确。
2. 将 S1 推到“ON”位置以启用 VCCIO 控制器，VCCIO EN 和 PGOOD LED 将亮起。
3. 测量 V3（VCCIO 在 J16）和 A1（12Vin 输入电流）。
4. 将 VDDQ 负载从 0Adc 变化到 10Adc，VCCIO 必须保持在负载调节内。
5. 将 12VBAT 从 9V 变化到 20V，VCCIO 必须保持在线路调节内。
6. 将 S1 推到“OFF”位置以禁用 VCCIO 控制器。
7. 将负载减小到