探索TPS59640EVM - 751：IMVP - 7电源系统的评估利器

在电子工程师的日常工作中，一款优秀的评估模块能够极大地提升开发效率和产品质量。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（TI）的TPS59640EVM - 751评估模块，它为Intel™ IMVP - 7 Serial VID（SVID）电源系统提供了完整的解决方案。

文件下载：TPS59640EVM-751.pdf

一、模块概述

TPS59640EVM - 751评估模块旨在使用9 - 20V的输入总线，为IMVP - 7 SVID CPU/GPU电源系统产生六个稳压输出。该模块特别设计用于展示TPS59640的完整IMVP - 7移动特性，同时提供了GUI通信程序和多个测试点，方便评估TPS59640的静态和动态性能。

典型应用

它适用于多种IMVP - 7 Vcore应用，包括适配器、电池、NVDC或3V/5V/12V电源轨。

主要特性

1. 完整解决方案：为9 - 20V输入的Intel IMVP - 7 SVID电源系统提供完整的解决方案。
2. GUI通信：通过GUI通信展示完整的IMVP - 7移动特性。
3. 高输出电流支持：三相CPU Vcore可支持高达94A的输出电流，单相GPU Vcore可支持高达33A的输出电流。
4. 可选择参数：CPU和GPU电源具有八个可选的开关频率、八个级别的可选电流限制以及八个级别的可选输出过冲/欠冲减少（OSR/USR™）。
5. 输出使能控制：每个输出都有开关或跳线用于使能控制。
6. 板载动态负载：为CPU、GPU Vcore和VCCIO输出提供板载动态负载。
7. 高效高密度：使用TI功率块MOSFET实现高效率和高密度。
8. 方便测试：提供方便的测试点，用于探测关键波形。
9. 八层PCB：采用2盎司铜的八层PCB设计。

二、电气性能规格

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 = 12 V，全负载（三相CPU/单相GPU）		16.2		A
无负载输入电流	VBAT = 12 V，无负载（三相CPU/单相GPU）		0.1		A
5VIN输入电压范围	Vin = 5 V	4.5	5	5.5	V
最大输入电流	VBAT = 12 V，全负载		0.3		A
无负载输入电流	VBAT = 12 V，无负载		0.1		A

输出特性

CPU（TPS59640）

• 输出电压Vcore：SVID地址为00 CPU时，有效负载为1.05V。
• 输出电压调节：线路调节为0.1%。
• 负载调节（下垂）负载线： - 1.9 mΩ。
• 输出电压纹波：VBAT = 12 V，1.05 V/90 A（三相），300 kHz时为25 mVpp。
• 输出负载电流：三相CPU运行时为0 - 94 A。
• 输出过电流：每相可选，典型值为37 A。
• 开关频率：可选，范围为250 - 600 kHz。
• 满载效率：VBAT = 12 V，1.05 V/94 A，300 kHz时为80.05%。

GPU（TPS59640）

• 输出电压Vcore：SVID地址为01 GPU时，有效负载为1.23V。
• 输出电压调节：线路调节为0.1%。
• 负载调节（下垂）负载线： - 3.9 mΩ。
• 输出电压纹波：VBAT = 12 V，1.23 V/35 A，385 kHz时为30 mVpp。
• 输出负载电流：三相CPU运行时为0 - 35 A。
• 输出过电流：每相可选，典型值为37 A。
• 开关频率：可选，范围为275 - 660 kHz。
• 满载效率：VBAT = 12 V，1.23 V/35 A，385 kHz时为81.99%。

1.05 - V VCCIO（TPS51219）

• 输出电压：1.05V。
• 输出电压调节：线路调节为0.1%，负载调节为0.1%。
• 输出电压纹波：VBAT = 12 V，1.05 V/15 A时为30 mVpp。
• 输出负载电流：0 - 15 A。
• 输出过电流：24 A。
• 开关频率：可选，为500 kHz。
• 满载效率：VBAT = 12 V，1.05 V/15 A时为89.27%。

DDR3L/DDR4 MEMORY RAIL（TPS51916）

• 输出电压：1.2V。
• 输出电压调节：线路调节为0.1%，负载调节为0.1%。
• 输出电压纹波：VBAT = 12 V，1.2 V/15 A时为30 mVpp。
• 输出负载电流：0 - 15 A。
• 输出过电流：24 A。
• 开关频率：可选，为500 kHz。
• 满载效率：VBAT = 12 V，1.2 V/15 A时为90.62%。

三、测试设置

测试设备

1. 个人计算机：运行Microsoft Windows™ XP或更高版本，具备可用的USB端口。
2. USB电缆：标准USB_A到USB_B，5针迷你B电缆。
3. TPS59640 USB驱动和SVID GUI安装：按照特定步骤将相关文件复制到主机计算机并安装驱动。
4. DC源：12VBAT DC源为0 - 20V可变DC源，能够提供20A直流电流；5Vin DC源为0 - 5V可变DC源，能够提供1A直流电流。
5. 仪表：用于测量5Vin、12VBAT、CPU Vcore、GPU Vcore、VDDQ和VCCIO的电压以及12VBAT输入电流。
6. 负载：输出负载必须是能够提供0 - 90A直流电流的电子恒流负载。
7. 示波器：数字或模拟示波器，设置为1MΩ阻抗、20MHz带宽、交流耦合、2µs/格水平分辨率和50mV/格垂直分辨率。

推荐线规

• V5in到J31（5V输入）：推荐使用1 x AWG 18的电线，总长度小于4英尺。
• 12VBAT到J30（12V输入）：推荐使用1 x AWG 16的电线，总长度小于4英尺。
• J1、J5、J6（CPU）到负载或J11（GPU）到负载或J28（VDDQ）到负载或J24（VCCIO）到负载：最小推荐使用2 x AWG 16的电线，总长度小于4英尺。

推荐测试设置

在ESD工作站工作，确保在处理EVM之前将任何腕带、鞋带或垫子连接到接地参考。

连接步骤

1. USB电缆连接：使用标准USB_A和5针迷你B USB电缆将主机计算机连接到EVM的J42 USB端口。
2. 输入连接：在连接5Vin和12VBAT DC源之前，分别将源电流限制在1A和10A最大，并将初始电压设置为0V。连接电压表测量电压，连接电流表测量12VBAT输入电流。
3. 输出连接：将负载连接到相应的端子，并在施加5Vin和12VBAT之前将负载设置为恒阻模式以吸收0A电流。

四、配置

CPU和GPU配置

1. 电流限制跳闸选择：通过J17（CPU）和J20（GPU）设置，默认设置为5级。
2. 频率选择：CPU通过J18设置，默认频率为300 kHz；GPU通过J21设置，默认频率为385 kHz。
3. 过冲/欠冲减少选择：CPU通过J19设置，GPU通过J22设置，默认设置为最大。
4. F2806 DSP程序模式选择：通过J46设置，默认设置为正常操作。
5. 5Vin偏置电压选项：通过J41设置，默认设置为使用外部5Vin偏置。
6. 板载动态负载选择：通过S2和S3设置，默认设置为禁用板载动态负载。
7. IMVP - 7 VR_ON使能选择：通过S4设置，默认设置为禁用CPU和GPU。

1.2VDDQ、0.6V VTT和0.6V VTTREF配置

通过J26和J27设置VDDQ S3、S5的使能，默认设置为启用。

1.05V VCCIO配置

1. 1.05V使能选择：通过S1设置，默认设置为禁用。
2. VCCIO输出电压选择：通过J23设置，默认设置为1.05V。

五、测试程序

线路/负载调节和效率测量程序

CPU

1. 按照测试设置部分的说明设置EVM。
2. 确保J46上没有跳线短路。
3. 在施加5Vin和12VBAT之前，确保所有其他跳线配置设置正确。
4. 将负载设置为恒阻模式并吸收0A电流。
5. 确保S1和S4处于关闭位置。
6. 在TP27上添加示波器探头以测量CPU Vcore纹波。
7. 连接USB电缆。
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TI - SVID - GUI_1_5_0_1.exe启动GUI程序。
11. 将S4推到开启位置以启用TPS59640的VR_ON。
12. 发送SVID命令，默认地址为00 CPU，命令为SetVIDslow，有效负载为1.05V。
13. 点击发送命令，CPU CPGOOD LED亮起。
14. 测量V3（CPU Vcore）和A1（12VBAT输入电流）。
15. 将CPU负载从0A变化到90A，确保CPU Vcore保持在负载线内。
16. 将12VBAT从9V变化到20V，确保CPU Vcore保持在线路调节内。
17. 将S4推到关闭位置以禁用CPU Vcore控制器。
18. 将负载减小到0A，并从端子J1、J5和J6断开负载。
19. 从J14断开V3。
20. 从TP27断开示波器探头。

GPU

1. 将负载连接到GPU端子J11和V3到J16，确保极性正确。
2. 在TP37上添加示波器探头以测量GPU G_Vcore纹波。
3. 将S4推到开启位置以启用TPS59640的VR_ON。
4. 发送SVID命令，地址为01 GPU，命令为SetVIDslow，有效负载为1.23V。
5. 点击发送命令，GPU GPOOD LED亮起。
6. 测量V3（GPU G_Vcore）和A1（12VBAT输入电流）。
7. 将GPU负载从0A变化到30A，确保GPU Vcore保持在负载线内。
8. 将12VBAT从9V变化到20V，确保GPU Vcore保持在线路调节内。
9. 将S4推到关闭位置以禁用GPU Vcore控制器。
10. 将负载减小到0A，并从端子J11断开负载。
11. 从J16断开V3。
12. 从TP37断开示波器探头。
13. 退出SVID GUI窗口。
14. 断开主机计算机和EVM之间的USB电缆。

VDDQ

1. 将负载连接到VDDQ端子J28和V3到J29，确保极性正确。
2. 从J27的2和3引脚移除跳线，并将其放在J27的1和2引脚以启用VDDQ控制器的S5。
3. 测量V3（VDDQ）和A1（12Vin输入电流）。
4. 将VDDQ负载从0A变化到15A，确保VDDQ保持在负载调节内。
5. 将12VBAT从9V变化到20V，确保VDDQ保持在线路调节内。
6. 从J27移除跳线，并将其短路回2和3引脚以禁用VDDQ控制器。
7. 将负载减小到0A，并从端子J28断开负载。
8. 从J29断开V3。

VCCIO

1. 将负载连接到VCCIO端子J24和V3到J25，确保极性正确。
2. 将S1推到开启位置以启用VCCIO控制器。
3. 测量V3（VCCIO）和A1（12Vin输入电流）。
4. 将VDDQ负载从0A变化到15A，确保VCCIO保持在负载调节内。
5. 将12VBAT从9V变化到20V，确保VCCIO保持在线路调节内。
6. 将S1推到关闭位置以禁用VCCIO控制器。
7. 将负载减小到0A，并从端子J24断开负载。
8. 从J25断开V3。

设备关闭

1. 关闭负载。
2. 关闭12VBAT和5Vin。
3. 关闭示波器。
4. 关闭主机计算机。

六、性能数据和典型特性曲线

文档中提供了大量的典型性能曲线，包括CPU三相、二相、单相操作，GPU操作，1.05 - V VCCIO和1.2 VDDQ的效率、负载调节、使能开启和关闭、开关节点纹波等曲线，这些曲线为工程师评估模块性能提供了重要参考。

七、EVM装配图和PCB布局

TPS59640EVM - 751采用八层电路板设计，外层为2盎司铜。文档中提供了顶层装配图、底层装配图、顶层铜层、底层铜层以及各内层的设计图，方便工程师了解模块的物理结构和布线情况。

八、物料清单

文档详细列出了EVM的主要组件清单，包括电容器、二极管、电感器、MOSFET、电阻器、IC等元件的型号、数量和制造商等信息，为工程师进行硬件设计和维修提供了便利。

九、重要注意事项

适用范围

该评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，不被视为适合一般消费者使用的成品。

安全责任

用户需对产品的正确和安全处理承担全部责任，并对TI因产品处理或使用而产生的所有索赔进行赔偿。

操作范围

必须在0 - 20V的输入电压范围和0 - 1.5V的输出电压范围内操作EVM，超出指定范围可能导致意外操作和/或不可逆损坏。

温度注意

正常操作期间，某些电路组件的外壳温度可能超过80°C，操作时需注意避免烫伤。

总之，TPS59640EVM - 751评估模块为IMVP - 7电源系统的开发和评估提供了一个全面而强大的平台。通过详细的测试设置、配置和测试程序，工程师可以深入了解模块的性能，并根据实际需求进行调整和优化。同时，严格遵守重要注意事项，确保操作的安全性和可靠性。你在使用这个评估模块的过程中遇到过哪些有趣的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。