HIP6521EVAL1：奔腾4计算机系统的外设电源控制解决方案

在当今的计算机系统中，稳定且高效的电源供应是确保系统性能的关键。对于奔腾4计算机系统而言，HIP6521EVAL1评估板为外设电源控制提供了一种高度集成的解决方案。今天，我们就来深入探讨一下这款评估板的特点、使用方法以及性能表现。

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一、背景与概述

随着英特尔和AMD等微处理器制造商推出先进的计算核心，传统用于为这些处理器核心供电的开关稳压器拓扑结构需要做出改变。多相降压稳压器已成为高电流应用的首选拓扑。然而，这些计算机的分布式电源系统架构仍然需要其他子系统特定的电压。HIP6521应运而生，它可以与多相降压控制器配合使用，为典型的奔腾4系统创建完整的电源解决方案，基于Athlon-class处理器的系统（AMD）也可能从中受益。

HIP6521EVAL1评估板是一款4输出调节器解决方案，旨在为系统内存（2.5V）、系统时钟（2.5V）、ICH/MCH芯片组核心（1.8V）和4X AGP视频（1.5V）供电，并具备ACPI电源管理功能。

二、快速启动评估

供电方式

为了方便在典型环境中评估HIP6521，HIP6521EVAL1主要设计为由ATX电源供电。不过，该板也有连接端子，允许它在实际计算机系统中进行搭载，或者由标准实验室电源供电。

如果使用ATX电源为板供电（使用板上的20针连接器），要注意大多数ATX电源的调节通常依赖于主5V输出上的直流负载。因此，为了获得最佳效果，应将一个5Ω/25W - 50W的功率电阻连接到ATX电源的5V输出上（注意电阻可能会非常热，需采取必要的预防措施）。

三、电路设置

1. 开关设置

• 确保“ATX ON”（SW1）开关处于关闭位置（远离“ATX ON”标记），“S3/S5”（SW2）开关处于中间位置（远离“S3”或“S5”标记）。
• SW3用于控制ACPI关机状态下的各种输出。为避免在某些睡眠状态下需要关闭的调节器的强大输出驱动器将输出保持在调节范围内，需要通过将相应的FB引脚拉至1.25V以上来主动关闭它们。对于初始评估，建议关闭位置2、4和6 - 8。

2. 跳线设置

• JP1和JP3分别选择对应VOUT3和VOUT4输出的线性传递元件的板载输入电压。初始评估的一个推荐配置是将JP1置于“2.5VIN”位置，JP3置于“3.3VIN”位置。
• JP2和JP4选择“+3.3VDUAL”作为上述两个线性传递元件的输入。如果提供外部3.3VDUAL源，可以通过将相应的跳线从JP1或JP3移动到JP2或JP4，分别为传递元件（Q4和/或Q5）供电。

3. 连接指南

• 使用标准台式电源：将5V、16A电源连接到+5VDUAL输入，将3.3V、4A电源连接到+3.3VIN输入。如果JP2或JP4有跳线，则可能需要另一个3.3V、4A电源用于可选的+3.3VDUAL输入。将典型负载连接到评估板的所有输出。
• 使用标准ATX电源：将20针ATX连接器连接到板上的J1匹配连接器。将典型负载连接到评估板的所有输出。
• 将评估板搭载到系统中：将GND、+5VDUAL、+3.3VIN和+3.3VDUAL端子连接到系统板上的相应电压。对于ACPI功能，将S3 IN（TP9）和S5 IN（TP10）连接到系统的S3和S5信号源。将评估板的输出连接到系统中的相应电源平面。

四、操作步骤

1. 供电

打开台式电源或搭载评估板的系统。如果使用ATX电源，将其插入市电。如果电源有交流开关，打开它。“5VSB”、“5VDUAL”和“S0”LED应亮起，表明板上存在5V待机和5V双电压，以及活动状态选择。打开“ATX ON”开关，不久后“5VIN”和“ATX PGOOD”LED应亮起，表明板上存在主ATX 5V以及ATX PGOOD指示。

2. 检查启动波形和不同负载下的输出质量

施加偏置电压后立即启动。使用示波器或其他实验室设备，可以研究受控电压的上升和调节情况。在活动或S3、S5状态下，改变输出负载以模拟电路所处特定操作状态下的典型计算机负载。注意在S3或S5状态下电路的限制：所有输出功率以及任何必要的操作偏置电流都由ATX电源的5VSB输出提供。

3. 检查状态转换

对于后续进入/退出待机状态的转换，保持主ATX输出启用（SW1打开）；板载电路将在进入待机状态时自动关闭它们，并在转换回活动状态时重新启用它们。要进入待机状态，将SW2切换到所需的待机状态位置。“S3”LED亮起表示S3待机状态，“S5”LED亮起表示S5状态。“S0”LED表示活动状态。

五、故障处理

在出现故障情况（线性输出欠压或开关输出过流）时，故障输出将关闭，并每隔3个软启动（SS）间隔进行一次单独的重启尝试。如需更多详细信息，请查看相应的数据表部分。

六、参考设计

1. 总体设计

评估板采用1盎司、4层印刷电路板（布局图见应用笔记的最后三页）。评估板特有的大多数组件（在实际计算机应用中不需要）放置在板的底部。评估板顶部保留了用于示例典型应用的必要组件以及用户界面（输入/输出端子、测试点、开关等）。

2. 设计范围

尽管实际计算机系统应用可能有不同的要求，但HIP6521EVAL1板设计为满足表1中描述的最大输出负载。需要注意的是，睡眠状态输出电流可能仅受ATX电源的5VSB输出能力限制。由于所有输出在活动和待机状态下都使用相同的电流路径，待机状态的功率耗散能力等于活动状态。可以通过适当选择HIP6521外部的组件来调整动态输出公差和电流额定值。

七、性能表现

1. 软启动启动

图2展示了典型的HIP6521EVAL1启动过程。当ATX电源开启时，2.5VMEM和1.8VMCH输出开始向目标值上升，而2.5VCLK和1.5VAGP输出由于ATX 3.3V输出未及时上升，会经历欠压事件，保持关闭三个软启动周期。之后，它们也会开始软启动并达到设定点。

2. 活动到待机状态转换（S0 -> S3）

图3显示了从活动状态（S0）到S3待机状态的典型转换。当SW2切换到“S3”位置时，主ATX输出以及2.5VCLK和1.5VAGP输出关闭。在整个转换过程中，2.5VMEM和1.8VMCH输出严格保持调节。

3. 待机到活动状态转换（S3 -> S0）

图4展示了从S3待机状态到活动状态的转换。将SW2切换回S0位置后，ATX电源的主输出以及HIP6521控制的2.5VCLK和1.5VAGP输出启用。在这个状态转换过程中，2.5VMEM和1.8VMCH输出没有出现扰动。

4. 瞬态响应

图5详细展示了HIP6521控制的所有四个输出在并发负载下的瞬态响应。测试中，所有输出都在标称电流变化率、40%占空比和不同频率下进行了10% - 100%最大输出额定值的瞬态加载，以模拟最坏情况。即使在这样的负载下，HIP6521EVAL1仍表现出出色的响应和串扰免疫能力。

5. 输出短路保护

当开关输出发生过流事件或任何线性输出发生欠压事件时，故障调节器将关闭。图6和图7展示了1.5VAGP输出短路时的响应和重启尝试过程。在短路情况下，输出和ATX 3.3V输入会下降，当达到70%欠压阈值时，输出关闭。之后，每隔约3个软启动周期会进行一次重启尝试，只要短路存在，这个循环就会重复。

6. 开关调节器效率

图8显示了仅对开关部分加载时评估板的转换效率。测量在室温下进行，线性输出开路，空气流量为100 LFM。

八、修改建议

1. 调整输出电压

HIP6521控制的所有输出都可以通过将FB引脚连接到各自输出的电阻分压器进行调整。开关稳压器的输出有下垂实现的规定，但在出厂配置中未使用。建议仅通过调整R13来调整VOUT1。如果调整线性稳压器的输出电压，请注意数据表中描述的推荐电阻值选择指南。

2. 提高输出电压公差

提高输出电压公差的关键是识别影响它的参数，然后采取措施进行改进。在高动态负载应用（高dI/dt）下，输出电压波形中出现的高dV/dt尖峰是由于输出电容的ESR和ESL引起的。可以通过使用低ESR/ESL输出电容器（如表面贴装钽电容器）和/或添加更多具有固有低ESR/ESL的陶瓷电容器来降低尖峰幅度。此外，增加输入侧电容并降低输入侧电容器组的ESR也有助于改善输出调节。

九、总结

HIP6521EVAL1评估板为奔腾4计算机系统的外设电源控制提供了一种高度集成的解决方案。其复杂的内部电路便于轻松实现ACPI功能，并减少了外部组件的数量。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求对评估板进行适当的修改和调整，以满足不同系统的电源要求。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。