探索ISL6548A_6506EVAL1Z：嵌入式ACPI DDR電源解決方案

在電子設計領域，電源管理是至關重要的一環，特別是對于計算機系統中的DDR內存電源。今天，我們將深入探討ISL6548A_6506EVAL1Z評估板，它為我們提供了一個完整的ACPI兼容電源解決方案，適用于具有雙通道DDRI、DDRII或DDRIII內存系統的計算機系統。

文件下載：ISL6548A-6506EVAL1Z.pdf

一、產品概述

芯片組合功能

ISL6548A與ISL6506協同工作，為計算機系統提供了必要的控制、保護和適當的ACPI排序，涵蓋了5VDUAL、3.3VDUAL、VDDQ_DDR、VTT_DDR、VDAC、VGMCH和VTT_GMCH/CPU等多個電源軌。

ISL6548A特性

• VDDQ_DDR供電：采用同步降壓控制器，在S0/S1（運行）狀態下提供高電流，在S3（掛起到RAM）狀態下提供待機電流。
• VTT_DDR調節：集成的源-沉調節器可產生精確的（VDDQ_DDR/2）高電流VTT_DDR電壓。
• VGMCH調節：PWM控制器與外部柵極驅動器IC配合，調節VGMCH電壓。
• LDO控制器：兩個LDO控制器分別調節VDAC和VTT_GMCH/CPU，其中VTT_GMCH/CPU的LDO能夠源和沉電流。

ISL6506特性

控制5VDUAL和3.3VDUAL電源軌，有三種版本可供選擇，具體版本取決于5V Dual在S4/S5狀態下是否需要激活。

二、快速啟動評估

開箱即用

ISL6548A_6506EVAL1Z評估板開箱即可使用，支持使用ATX電源進行測試。所有七個輸出都可以通過外部負載進行測試，VDDQ和VTT調節器能夠源或沉電流，而其他輸出僅能源電流。

測試點與開關

評估板上每個調節輸出軌都有測試點，方便加載負載和監測電壓。此外，還有18個單獨標記的探針點，為設計者提供了對感興趣信號的開爾文連接。板上的兩個開關用于模擬ACPI信號，生成SLP_S3和SLP_S5信號，發送到ISL6506、ISL6548A和ATX。

推薦測試設備

為了全面測試ISL6548A和ISL6506的功能，推薦使用以下設備：

• 最小160W配置的ATX電源
• 多個電子負載
• 帶探頭的四通道示波器
• 精密數字萬用表

三、電路設置

開關設置

確保S3開關處于ACTIVE位置，S5開關處于S5位置，這樣在初始上電時，評估板將進入睡眠狀態。

ATX電源連接

將ATX電源的20針連接器插入評估板的20針插座J1。如果ATX電源有主AC開關，在施加AC電壓之前將其關閉。

負載連接

評估板上的電源、接地和信號連接點位置在圖1中詳細顯示。在連接負載時，需要注意VTT_DDR從VDDQ_DDR軌級聯，VTT_GMCH/CPU從VGMCH軌級聯，任何級聯軌的負載都會影響提供輸入的軌，因此在加載之前需要考慮這一點。

四、操作步驟

上電

將ATX電源插入市電，如果電源有AC開關，將其打開。當S3和S5開關分別處于ACTIVE和S5位置時，評估板將處于S5睡眠狀態，此時板上的電壓為ATX提供的5VSBY和ISL6506控制的3VDUAL。

啟用電路

將S5開關切換到ACTIVE位置，評估板將進入S0狀態，所有輸出應正常啟動。

波形和輸出質量檢查

在進入S0狀態后，立即啟動。使用示波器或其他實驗室設備，可以研究輸出的上升和調節情況。可以通過電子負載或離散功率電阻來加載輸出。

五、參考設計

設計概述

ISL6548A_6506EVAL1Z評估板展示了ISL6548A和ISL6506在嵌入式ACPI和DDR DRAM內存電源應用中的操作。VDDQ_DDR電源設計為在最大負載15A時提供1.8V電壓，VTT_DDR終端電源將以50%的比例跟蹤VDDQ_DDR電源，同時能夠源或沉電流。第二個PWM控制器設計為在1.5V時為VGMCH提供高達10A的電流，單級LDO分別為VDAC提供2.5V電壓，為VTT_GMCH/CPU提供1.2V電壓。

電源啟動和狀態轉換

• 睡眠狀態轉換：支持多種狀態轉換，包括冷啟動（S5到S0）、活動到睡眠（S0到S3）、睡眠到活動（S3到S0）和活動到關機（S0到S5）。具體的開關位置和對應的ACPI狀態在表1中列出。
• 初始上電 - 冷啟動：在施加AC電源到ATX之前，將S3和S5開關都切換到ACTIVE位置，當AC電源施加到ATX后，5VSBY軌上升，評估板將立即進入S0狀態。
• S5睡眠狀態到S0狀態轉換：在施加AC電源到ATX之前，將S5開關切換到S5位置，當AC電壓施加到ATX后，5VSBY軌上升，評估板將立即進入S5睡眠狀態。當S5開關切換到ACTIVE位置時，將發生從S5狀態到S0狀態的轉換。
• S0到S3睡眠狀態轉換：將S3開關切換到S3位置，實現從S0狀態到S3睡眠狀態的轉換。在轉換過程中，需要將VDDQ_DDR軌上的負載降低到5VDUAL軌能夠支持的水平，否則VDDQ_DDR電壓將崩潰。
• S3到S0狀態轉換：將S3開關返回到ACTIVE位置，實現從S3睡眠狀態到S0狀態的轉換。一旦PGOOD信號被斷言，VDDQ_DDR軌可以加載超過5VDUAL在S3狀態下的負載限制。

ACPI啟動時序

ISL6506和ISL6548A芯片組設計為在典型主板的整體啟動或睡眠恢復過程中，在特定的時間窗口內啟動關鍵的ACPI和內存電壓。圖6顯示了通用的桌面睡眠狀態到喚醒狀態的時序。在時間T1，SLP_S3#或SLP_S5#信號變為高電平，系統進入S0狀態。在時間T2，PS_ON信號變為低電平，命令ATX電源開啟。在時間T3，ATX軌上升到其目標標稱水平的95%。在時間T4，ATX電源的PWR_OK信號開始上升。在時間T5，ATX PWR_OK信號變為高電平。在時間T6，PCIRST#信號變為高電平，總線流量恢復，系統喚醒。

六、評估板設計

ISL6506電路

ISL6506集成了5VDUAL和3.3VDUAL軌所需的所有ACPI時序、控制和監測功能，同時保持了較低的元件數量。選擇Vishay Si7840作為N溝道MOSFET通過元件，選擇Vishay Si7483作為P溝道MOSFET，主要考慮了它們的低rDS(ON)和熱性能。

ISL6548A電路

• VDDQ_DDR開關調節器：設計用于處理15A的連續輸出負載，同時保持1.8V電壓。采用兩個上MOSFET和兩個下MOSFET，選擇Vishay Si7840BDP。通過使用大值電容和陶瓷電容來滿足瞬態規格，輸出電感設計為使輸出軌上的紋波電壓約為20mV。采用Type III補償網絡來確保系統的穩定性。
• VGMCH開關調節器：通過開關調節器從3.3V ATX軌降壓轉換來調節VGMCH軌。ISL6548A集成了開關調節器的所有控制方面，使用ISL6613驅動開關MOSFET，選擇Vishay Si7844作為MOSFET。輸出電感與VDDQ調節器的輸入和輸出電感相同，輸出電容允許大量電容，同時將輸出紋波最小化到小于40mV。補償網絡為Type III，系統帶寬約為30kHz。
• LDO調節器：VTT_DDR調節器的控制電路和通過元件集成在ISL6548A中。VDAC和VTT_GMCH/CPU通過內部LDO控制器進行調節，選擇Vishay Si7840BDP作為通過元件。所有LDO的輸出電容選擇為保持穩定的輸出軌，同時最小化負載瞬態引起的電壓波動。
• Grantsdale VDAC排序電路：Grantsdale芯片組對VDAC軌的啟動和關閉時序與VGMCH軌有特殊要求。評估板上的電路確保在啟動時，VDAC軌在VGMCH軌達到至少0.7V之前不會啟動；在進入睡眠狀態時，VDAC軌必須在VGMCH軌開始下降之前降至VGMCH軌以下。

七、評估板性能

開關調節器紋波電壓

圖8顯示了VDDQ和VGMCH輸出的紋波電壓。

瞬態性能

圖9 - 14顯示了在活動（S0）狀態下，輸出在各種瞬態負載下的響應。VDDQ_DDR和VGMCH調節器能夠快速將輸出電壓恢復到調節范圍內。VTT_DDR軌的負載會影響VDDQ_DDR軌，但VTT_DDR軌的響應比VDDQ_DDR軌更快，因為線性調節器的響應速度更快。

故障保護

圖16 - 20顯示了系統對VDDQ_DDR軌、VTT軌、VGMCH軌、VTT_GMCH/CPU軌和VDAC軌短路的響應。

效率

圖21顯示了VDDQ_DDR和VGMCH開關調節器在S0狀態下的效率。由于其他調節輸出通過線性調節獲得，因此未顯示它們的效率。

八、定制化

設計者可以通過多種方式修改ISL6548A_6506EVAL1Z評估板以滿足不同的需求，例如：

• 更改VDDQ_DDR調節器的輸入和輸出電感，以及VGMCH調節器的輸出電感。
• 調整任何調節器的輸入和輸出電容。
• 通過OCSET電阻R200編程VDDQ_DDR調節器的過流跳閘點。
• 更改C104的值以改變VTT_DDR軌從睡眠到活動狀態轉換時的軟啟動曲線。
• 評估板上的所有MOSFET焊盤允許使用SO8或PowerPak封裝的MOSFET。
• 通過在R15和R18位置放置零歐姆跳線繞過ISL6506控制。
• 除VTT_DDR外，通過更改相應調節器的電壓編程電阻來修改任何調節器的輸出電壓。
• 通過在Rx11位置填充0Ω跳線來消除S3#和S5#信號對ATX電源的影響。

九、總結

ISL6548A_6506EVAL1Z是一個多功能的平臺，使設計者能夠全面了解ISL6506和ISL6548A芯片組在ACPI兼容系統中的功能。該評估板還具有足夠的靈活性，允許設計者根據不同的需求進行修改。通過本文的介紹，相信大家對ISL6548A_6506EVAL1Z有了更深入的了解，你在實際設計中是否會考慮使用這個評估板呢？歡迎在評論區分享你的想法。