嵌入式ACPI兼容DDR電源生成方案：ISL6537A與ISL6506的應用解析
嵌入式ACPI兼容DDR電源生成方案：ISL6537A與ISL6506的應用解析
在計算機系統的電源設計中，滿足ACPI（高級配置與電源接口）標準對于實現高效、穩定的電源管理至關重要。今天，我們就來深入探討一下Intersil公司的ISL6537A與ISL6506芯片組合，如何為具有雙通道DDRI、DDRII或DDRIII內存系統的計算機提供完整的ACPI兼容電源解決方案。
芯片功能概述
ISL6537A
ISL6537A是一款功能強大的芯片，它包含一個同步降壓控制器，能夠在S0/S1（運行）狀態下為VDDQ_DDR提供高電流，在S3（掛起到內存）狀態下提供待機電流。在運行模式下，一個完全集成的灌/拉式調節器可生成精確的（VDDQ_DDR/2）高電流VTT_DDR電壓，并提供VDDQ_DDR/2參考的緩沖版本作為VREFDDR。此外，它還具有一個PWM控制器，與外部柵極驅動IC配合，調節(V{GMCH})，以及兩個LDO控制器，用于調節VDAC和VTT_GMCH/CPU。
ISL6506
ISL6506主要控制5VDUAL和3.3VDUAL軌，有三個版本可供選擇，具體版本取決于5VDUAL在S4/S5狀態下是否需要保持激活。
快速啟動評估
ISL6537A_6506EVAL1Z評估板開箱即用，支持使用ATX電源進行測試。該評估板的七個輸出都可以通過外部負載進行測試，其中VDDQ和VTT調節器既能源電流也能灌電流，而其他輸出只能源電流。評估板上還設有用于加載負載和監測電壓的接口，以及18個單獨標記的探測點，為設計師提供了便利。此外，板上的兩個開關可用于模擬ACPI信號，生成SLP_S3和SLP_S5信號。
推薦測試設備
為了全面測試ISL6537A和ISL6506的功能，建議使用以下設備：
由于有七個調節軌，同時測試和監測所有軌比較困難，用戶可以考慮使用離散電阻負載和電子負載相結合的方式。電子負載因其能夠施加多種不同的負載水平和負載瞬變，從而實現更廣泛的分析，所以更受青睞。
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。
連接ATX電源
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，應將其關閉。
連接負載
根據評估板上的電源、接地和信號連接點，按照不同軌的要求連接電子負載。需要注意的是，VTT_DDR是從VDDQ_DDR軌級聯而來，VTT_GMCH/CPU是從VGMCH軌級聯而來，任何級聯軌的負載都會成為提供輸入的軌的負載，在加載之前必須考慮這一點。
操作步驟
給評估板供電
將ATX電源插入市電，如果電源有AC開關，打開它。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。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。
檢查啟動波形和不同負載下的輸出質量
在進入S0狀態后，啟動立即開始。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?？梢酝ㄟ^電子負載或離散功率電阻來加載輸出。
參考設計
總體設計
ISL6537A_6506EVAL1Z評估板展示了ISL6537A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終端電源將在源電流或灌電流時跟蹤VDDQDDR電源的50%。第二個PWM控制器設計為在1.5V時為(V{GMCH})提供高達10A的電流，而單級LDO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：ISL6537A和ISL6506支持多種狀態轉換，包括冷啟動（S5到S0狀態轉換）、活動到睡眠（S0到S3轉換）、睡眠到活動（S3到S0轉換）以及活動到關機（S0到S5轉換）。通過不同的開關位置可以實現相應的狀態轉換。
- 初始上電 - 冷啟動：在給ATX電源施加AC電源之前，將S3和S5開關都切換到ACTIVE位置，當ATX電源的5VSBY軌上電后，評估板將立即進入S0狀態。
- S5睡眠狀態到S0狀態轉換：在給ATX電源施加AC電源之前，將S5開關切換到S5位置，當5VSBY軌上電后，評估板將進入S5睡眠狀態。將S5開關切換到ACTIVE位置，評估板將從S5狀態轉換到S0狀態。
- S0到S3睡眠狀態轉換：將S3開關切換到S3位置，可實現從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電壓可能會崩潰。
- S3到S0狀態轉換：將S3開關返回到ACTIVE位置，可實現從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ISL6537A芯片組協同工作，在典型主板的整體啟動或睡眠恢復過程中的特定時間窗口內啟動關鍵的ACPI和內存電壓。在PCIRST#信號斷言為高電平時，總線流量恢復，系統喚醒。芯片組在T3和T4之間將所有ACPI軌調節到規定范圍內，確保即使在最小系統時序下，調節器也能從ATX電源獲得輸入，并且輸出軌在PCIRST#斷言為高電平時處于調節狀態，準備好進行總線流量。
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，同時保持較低的元件數量。選擇Vishay Si7840作為N溝道MOSFET通元件，Vishay Si7483作為P溝道MOSFET，是因為它們具有低(r{DS(ON)})和良好的熱性能。在選擇MOSFET作為通元件時，需要考慮MOSFET的熱性能和(r{DS(ON)})，通過計算最大允許溫度上升和最大負載電流來確定MOSFET的最大允許功率耗散和最大(r_{DS(ON)})。
ISL6537A電路
- VDDQ_DDR開關調節器：設計用于處理15A連續輸出負載，同時保持1.8V電壓。為了滿足瞬態負載要求，采用了大值電容和陶瓷電容，以降低有效ESR。輸出電感設計為使輸出軌上的紋波電壓約為20mV，同時為了節省物料成本，輸入濾波器使用了相同的電感。為了確保系統的穩定性，選擇了Type III補償網絡。
- VGMCH開關調節器：通過從3.3V ATX軌降壓轉換來調節(V_{GMCH})軌。ISL6537A集成了開關調節器的所有控制方面，使用ISL6613驅動同步降壓開關調節器的上下MOSFET。選擇Vishay的Si7844作為MOSFET，輸出電感與VDDQ調節器的輸入和輸出電感相同，輸出電容允許有大量電容，同時將輸出紋波最小化到小于40mV。補償網絡為Type III，可實現約30kHz帶寬的穩定系統。
- LDO調節器：(V{TT})調節器的控制電路和通元件集成在ISL6537A內，除通元件和輸出電容外，其他LDO的電路也包含在ISL6537A中。選擇Vishay Si7840BDP作為(V{DAC})和(V_{TT}) GMCH/Cpu的通元件，以確保調節器能夠提供足夠的負載。對于所有LDO，選擇輸出電容以保持穩定的輸出軌，同時最小化負載瞬變引起的電壓波動。
- Grantsdale VDAC時序電路：Grantsdale芯片組對(V{DAC})軌相對于(V{GMCH})軌的啟動和關機時序有特殊要求。評估板上的電路可在(V{GMCH})和(V{DAC})軌之間保持0.7V的差值，直到(V{DAC})軌軟啟動。在進入睡眠狀態時，該電路會立即放電(V{DAC})軌，允許(V_{GMCH})軌放電。
評估板性能
開關調節器紋波電壓
通過測量(V{DDQ})和(V{GMCH})輸出的紋波電壓，可以評估開關調節器的性能。
瞬態性能
在不同的瞬態負載下，評估板的輸出表現良好。例如，VDDQ_DDR調節器對瞬態負載的響應迅速，能夠將輸出電壓快速恢復到調節范圍內。VTT_DDR軌在源電流和灌電流時，VDDQ_DDR軌會有明顯反應，但VTT_DDR軌受到的影響相對較小，這是因為線性調節器（VTT_DDR）的響應速度比開關調節器（VDDQ_DDR）快。
故障保護
通過對不同軌進行短路測試，可以觀察到系統對故障的響應，確保系統在出現故障時能夠及時保護。
效率
在S0狀態下，測量VDDQDDR和(V{GMCH})開關調節器的效率。由于其他調節輸出通過線性調節獲得，其效率未顯示。
評估板定制
設計師可以根據不同的需求對ISL6537A_6506EVAL1Z評估板進行定制，例如修改輸入和輸出電感、電容，調整過流跳閘點，改變軟啟動配置，更換MOSFET封裝，繞過ISL6506控制，修改輸出電壓等。
總之，ISL6537A_6506EVAL1Z評估板為設計師提供了一個多功能的平臺，幫助他們全面了解ISL6506和ISL6537A芯片組在ACPI兼容系統中的功能，同時也具有足夠的靈活性，允許設計師根據不同需求進行修改。你在實際應用中是否遇到過類似的電源設計問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。
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工商網監
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