XRP7724/7725EVB-DEMO-2：四通道数字PWM/PFM演示板的技术剖析

在电子设计领域，电源管理系统的性能和可编程性至关重要。今天，我们将深入探讨XRP7724/7725EVB - DEMO - 2这款四通道数字PWM/PFM演示板，它为混合信号可编程电源管理系统带来了新的方向。

文件下载：XRP7724EVB-DEMO-2-KITA.pdf

一、概述

XRP7724/7725EVB - DEMO - 2是一个完整的四通道电源系统。它能够分别提供3.3V、2.5V、1.5V和1V的输出电压，最大负载电流分别为3A、3A、5A和10A。其中，1.5V和1V电源可按2.5mV增量调节，2.5V电源按5mV增量调节，3.3V电源按10mV增量调节。每个电源的启动顺序和斜坡速率都可以编程，以满足任何时序要求。所有电源操作都可以通过I2C接口进行控制，同时还能监测故障、输出电压和电流。此外，该板还提供两个GPIO和三个PSIO信号，可编程实现各种功能，未使用的GPIO/PSIO引脚还能作为微控制器的I/O扩展。该板由PowerArchitectTM 5.1或更高版本支持，可直接插入转接板，作为与Arduino控制器或Exar的XCM的接口。

二、特性亮点

1. 可编程控制器

采用XRP24/7725可编程控制器，为电源管理提供了高度的灵活性和可定制性。

2. 四通道电源系统

四个独立的电源通道，能够满足不同负载的需求，适用于多种应用场景。

3. 宽输入电压范围

输入电压范围为5.5V - 25V，可适应不同的电源环境，并且电源组件针对12V输入轨进行了优化。

4. I2C接口

通过I2C接口，可实现编程、远程重新配置、监测和控制等功能，方便工程师进行系统调试和管理。

5. Arduino控制

支持Arduino的GPIO、PSIO和ENABLE控制，为开发者提供了更多的控制选项。

三、引脚分配与描述

1. 电源相关引脚

• VCC（41脚）：输入电压引脚，需在引脚附近放置去耦电容，用于欠压锁定（UVLO）故障检测。
• DVDD（16脚）：为数字电路提供1.8V电源，应连接到AVDD，并在引脚附近放置去耦电容。
• VCCD1 - 2、VCCD3 - 4（23、34脚）：栅极驱动电源引脚，两个独立的栅极驱动电源引脚，其中一个必须连接到LDO5引脚以初始启用两个电源轨。为提高效率或驱动更大的外部FET，另一个VCCD引脚可连接到5V开关轨的输出，否则也可连接到LDO5引脚。每个VCCD引脚建议连接一个大于1uF的旁路电容到PAD，并尽可能短地蚀刻连接到LDO5的引脚。
• LDO5（44脚）：5V LDO的输出，这是一个微功率LDO，在IC的其余部分处于待机模式时仍可保持活跃，还用于为内部模拟模块供电。
• LDO3_3（1脚）：3.3V待机LDO的输出，同样是微功率LDO，在IC的其余部分处于关机状态时仍可保持活跃。

2. 接地相关引脚

• AGND（2脚）：模拟接地引脚，是小信号接地连接。
• GL_RTN1 - 4（39、33、28、22脚）：低端栅极驱动器的接地连接，应作为信号走线与GL一起布线，并连接到低端MOSFET的源极。
• DGND（17脚）：数字接地引脚，是逻辑接地连接，应连接到靠近PAD的接地平面。

3. 驱动相关引脚

• GL1 - GL4（38、32、27、21脚）：低端栅极驱动器的输出引脚，直接连接到外部N沟道MOSFET的栅极。
• GH1 - GH4（36、30、25、19脚）：高端栅极驱动器的输出引脚，直接连接到外部N沟道MOSFET的栅极。
• LX1 - LX4（37、31、26、20脚）：GH高端栅极驱动器的较低电源轨，连接到两个外部功率MOSFET和电感器之间的开关节点。这些引脚还用于测量底部MOSFET两端的电压降，以便向控制引擎提供输出电流信息。
• BST1 - BST4（35、29、24、18脚）：高端驱动器电源引脚，应按典型应用电路所示连接到外部电容器。高端驱动器连接在BST引脚和LX引脚之间，每个周期将BST引脚电压输送到高端FET栅极。

4. 控制与通信引脚

• GPIO0 - GPIO1（9、10脚）：可配置为输入或输出，用于实现自定义标志、电源良好信号、启用/禁用控制以及与外部时钟同步。
• PSIO0 - PSIO2（13、14、15脚）：开漏引脚，可用于控制外部功率MOSFET以开关负载，实现细粒度的电源管理。也可配置为标准逻辑输出或输入，但作为开漏输出时需要外部上拉电阻。
• SDA、SCL（11、12脚）：SMBus/I2C串行接口通信引脚，可配置为开漏或伪TTL，需要上拉电阻。
• ENABLE（40脚）：如果该引脚拉高或浮空，则芯片上电（逻辑复位，寄存器配置加载等）。要使XRP7724进入关机状态，该引脚必须拉低。如果需要，在禁用芯片之前，活动通道将自动斜坡下降。
• BFB（42脚）：来自外部升压电源产生的15V输出的输入。当该引脚低于预定义阈值时，在低端驱动器上产生一个脉冲，将该输出充电回原始电平。如果不使用，该引脚应连接到GND。

5. 输出引脚

• VOUT1 - VOUT4（5、6、7、8脚）：连接到相应功率级的输出，每个开关周期至少采样一次输出。

四、使用说明

1. 输入电压范围

该板的输入电压范围为5.5V - 25V，电源组件针对12V输入轨进行了优化。当输入电压不是12V时，可使用PowerArchitectTM 5.1评估系统性能。

2. I2C接口

XRP7724和XRP7725可编程电源控制器采用标准I2C接口。虽然I2C信号可以通过在R25和R26位置安装电阻上拉到板上的LDO5，但默认情况下，I2C总线信号在控制器接口板（XR77EVB - INT - 1）上被上拉（参考附录 - 在JP6和JP7位置安装跳线，将引脚2和3短路）。

3. 操作步骤

启动过程

• 将XRP7724/7725EVB - DEMO - 2评估板和Arduino板插入控制器接口板。
• 加载并运行最新的PowerArchitectTM 5软件。
• 选择适当的芯片系列（Chips）和设备（XRP7724或XRP7725），然后在提示时选择“Get Started with the EVB - DEMO2”选项。
• 点击“Create”，PowerArchitectTM 5将自动加载默认配置。
• 为板供电，可使用AC/DC墙式电源（输出电压必须在5.5V - 25V范围内）连接到桶形连接器，或使用测试台直流电源（电压必须在5.5V - 25V范围内）连接到(V_{IN})连接器。
• 打开电源。
• 使用USB电缆连接计算机（A型）和Arduino控制器板（B型）。
• 在PA 5的Tools选项卡中选择Boards，软件将识别找到Arduino控制器板的通信端口，选择相应端口。

编程配置

• 在PA 5的Tools选项卡中选择Program Flash，打开程序闪存窗口。
• 点击Flash按钮，PA 5将加载配置到闪存中。如果“Automatically Reset After Flashing”框被选中（默认选项），完成任务后将报告结果并重置设备。
• 关闭窗口。

调节通道

• 在PA 5的Tools选项卡中选择Dashboard，打开仪表板。
• 打开Group 1和Group 2，将通道1和2分为组1，通道3和4分为组2。此时，通道处于调节状态，可通过(Vout)读数和调节指示灯查看。如果需要，也可单独打开通道。

GPIO和PISO接口

在仪表板中，可通过Arduino控制器动态控制GPIOs、PSIOs和ENABLE。默认情况下，ENABLE信号连接到Arduino控制器板（JP2头短路），Arduino将ENABLE引脚拉低可使XRP7724/7725进入关机模式，释放该引脚可启用设备。如果需要使ENABLE引脚浮空，应移除JP2处的跳线。默认情况下，PSIOs在XRP7724/7725EVB - DEMO - 2上没有上拉，如果需要将PSIOs上拉到LDO5，需在R27、R28、R30位置安装元件。

4. 与Exar配置模块（XCM）通信

可以使用XCM（固件版本v62）与XRP7724/7725EVB - DEMO - 2板进行通信，PA 5支持XCM。连接方法有两种：

使用接口板

• 确保没有Arduino控制器板连接到接口板。
• 移除JP6和JP7位置的I2C上拉跳线（所有位置都需打开）。
• 如果有10线带状电缆，将XCM连接到接口板。
• 使用XCM上的I2C上拉电阻（在JP2和JP3位置安装头，将引脚2和3短路）。
• 如果没有10线带状电缆，使用3线连接XCM上的JP4引脚1 - 3（引脚1 - SCL；引脚2 - GND；引脚3 - SDA）到接口板上的测试点T23（SCL）、T24（GND）和T25（SDA），并参考两个板上的丝网印刷标签。
• 连接接口板和评估板。

直接连接XCM到评估板

使用3线连接XCM上的JP4引脚1 - 3（引脚1 - SCL；引脚2 - GND；引脚3 - SDA）到评估板上的P3连接器，以及接口板上的引脚8（GND）、引脚9（SDA）和引脚10（SCL），并参考两个板上的丝网印刷标签。

五、物料清单与布局

1. 物料清单

文档中详细列出了XRP7724/7725EVB - DEMO - 2评估板和XR77EVB - INT - 1 Arduino控制器接口板的物料清单，包括每个组件的参考编号、数量、制造商、零件编号、尺寸和组件类型等信息。这为工程师在进行硬件设计和采购时提供了重要的参考。

2. 布局

文档还提供了评估板的布局图，包括顶层组件放置、顶层布局、底层布局、中间层1布局和信号接地平面布局等。合理的布局设计有助于提高电路的性能和稳定性。

六、总结

XRP7724/7725EVB - DEMO - 2演示板为电源管理系统的设计和开发提供了一个强大而灵活的平台。其丰富的功能、可定制的特性以及与多种控制器和模块的兼容性，使其适用于各种不同的应用场景。电子工程师在使用该演示板时，可根据具体需求进行编程和配置，以实现最佳的电源管理效果。你在使用类似电源管理板时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。