探索ISL6548A_6506EVAL1Z：嵌入式ACPI DDR电源解决方案

在电子设计领域，电源管理是至关重要的一环，特别是对于计算机系统中的DDR内存电源。今天，我们将深入探讨ISL6548A_6506EVAL1Z评估板，它为我们提供了一个完整的ACPI兼容电源解决方案，适用于具有双通道DDRI、DDRII或DDRIII内存系统的计算机系统。

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一、产品概述

芯片组合功能

ISL6548A与ISL6506协同工作，为计算机系统提供了必要的控制、保护和适当的ACPI排序，涵盖了5VDUAL、3.3VDUAL、VDDQ_DDR、VTT_DDR、VDAC、VGMCH和VTT_GMCH/CPU等多个电源轨。

ISL6548A特性

• VDDQ_DDR供电：采用同步降压控制器，在S0/S1（运行）状态下提供高电流，在S3（挂起到RAM）状态下提供待机电流。
• VTT_DDR调节：集成的源-沉调节器可产生精确的（VDDQ_DDR/2）高电流VTT_DDR电压。
• VGMCH调节：PWM控制器与外部栅极驱动器IC配合，调节VGMCH电压。
• LDO控制器：两个LDO控制器分别调节VDAC和VTT_GMCH/CPU，其中VTT_GMCH/CPU的LDO能够源和沉电流。

ISL6506特性

控制5VDUAL和3.3VDUAL电源轨，有三种版本可供选择，具体版本取决于5V Dual在S4/S5状态下是否需要激活。

二、快速启动评估

开箱即用

ISL6548A_6506EVAL1Z评估板开箱即可使用，支持使用ATX电源进行测试。所有七个输出都可以通过外部负载进行测试，VDDQ和VTT调节器能够源或沉电流，而其他输出仅能源电流。

测试点与开关

评估板上每个调节输出轨都有测试点，方便加载负载和监测电压。此外，还有18个单独标记的探针点，为设计者提供了对感兴趣信号的开尔文连接。板上的两个开关用于模拟ACPI信号，生成SLP_S3和SLP_S5信号，发送到ISL6506、ISL6548A和ATX。

推荐测试设备

为了全面测试ISL6548A和ISL6506的功能，推荐使用以下设备：

• 最小160W配置的ATX电源
• 多个电子负载
• 带探头的四通道示波器
• 精密数字万用表

三、电路设置

开关设置

确保S3开关处于ACTIVE位置，S5开关处于S5位置，这样在初始上电时，评估板将进入睡眠状态。

ATX电源连接

将ATX电源的20针连接器插入评估板的20针插座J1。如果ATX电源有主AC开关，在施加AC电压之前将其关闭。

负载连接

评估板上的电源、接地和信号连接点位置在图1中详细显示。在连接负载时，需要注意VTT_DDR从VDDQ_DDR轨级联，VTT_GMCH/CPU从VGMCH轨级联，任何级联轨的负载都会影响提供输入的轨，因此在加载之前需要考虑这一点。

四、操作步骤

上电

将ATX电源插入市电，如果电源有AC开关，将其打开。当S3和S5开关分别处于ACTIVE和S5位置时，评估板将处于S5睡眠状态，此时板上的电压为ATX提供的5VSBY和ISL6506控制的3VDUAL。

启用电路

将S5开关切换到ACTIVE位置，评估板将进入S0状态，所有输出应正常启动。

波形和输出质量检查

在进入S0状态后，立即启动。使用示波器或其他实验室设备，可以研究输出的上升和调节情况。可以通过电子负载或离散功率电阻来加载输出。

五、参考设计

设计概述

ISL6548A_6506EVAL1Z评估板展示了ISL6548A和ISL6506在嵌入式ACPI和DDR DRAM内存电源应用中的操作。VDDQ_DDR电源设计为在最大负载15A时提供1.8V电压，VTT_DDR终端电源将以50%的比例跟踪VDDQ_DDR电源，同时能够源或沉电流。第二个PWM控制器设计为在1.5V时为VGMCH提供高达10A的电流，单级LDO分别为VDAC提供2.5V电压，为VTT_GMCH/CPU提供1.2V电压。

电源启动和状态转换

• 睡眠状态转换：支持多种状态转换，包括冷启动（S5到S0）、活动到睡眠（S0到S3）、睡眠到活动（S3到S0）和活动到关机（S0到S5）。具体的开关位置和对应的ACPI状态在表1中列出。
• 初始上电 - 冷启动：在施加AC电源到ATX之前，将S3和S5开关都切换到ACTIVE位置，当AC电源施加到ATX后，5VSBY轨上升，评估板将立即进入S0状态。
• S5睡眠状态到S0状态转换：在施加AC电源到ATX之前，将S5开关切换到S5位置，当AC电压施加到ATX后，5VSBY轨上升，评估板将立即进入S5睡眠状态。当S5开关切换到ACTIVE位置时，将发生从S5状态到S0状态的转换。
• S0到S3睡眠状态转换：将S3开关切换到S3位置，实现从S0状态到S3睡眠状态的转换。在转换过程中，需要将VDDQ_DDR轨上的负载降低到5VDUAL轨能够支持的水平，否则VDDQ_DDR电压将崩溃。
• S3到S0状态转换：将S3开关返回到ACTIVE位置，实现从S3睡眠状态到S0状态的转换。一旦PGOOD信号被断言，VDDQ_DDR轨可以加载超过5VDUAL在S3状态下的负载限制。

ACPI启动时序

ISL6506和ISL6548A芯片组设计为在典型主板的整体启动或睡眠恢复过程中，在特定的时间窗口内启动关键的ACPI和内存电压。图6显示了通用的桌面睡眠状态到唤醒状态的时序。在时间T1，SLP_S3#或SLP_S5#信号变为高电平，系统进入S0状态。在时间T2，PS_ON信号变为低电平，命令ATX电源开启。在时间T3，ATX轨上升到其目标标称水平的95%。在时间T4，ATX电源的PWR_OK信号开始上升。在时间T5，ATX PWR_OK信号变为高电平。在时间T6，PCIRST#信号变为高电平，总线流量恢复，系统唤醒。

六、评估板设计

ISL6506电路

ISL6506集成了5VDUAL和3.3VDUAL轨所需的所有ACPI时序、控制和监测功能，同时保持了较低的元件数量。选择Vishay Si7840作为N沟道MOSFET通过元件，选择Vishay Si7483作为P沟道MOSFET，主要考虑了它们的低rDS(ON)和热性能。

ISL6548A电路

• VDDQ_DDR开关调节器：设计用于处理15A的连续输出负载，同时保持1.8V电压。采用两个上MOSFET和两个下MOSFET，选择Vishay Si7840BDP。通过使用大值电容和陶瓷电容来满足瞬态规格，输出电感设计为使输出轨上的纹波电压约为20mV。采用Type III补偿网络来确保系统的稳定性。
• VGMCH开关调节器：通过开关调节器从3.3V ATX轨降压转换来调节VGMCH轨。ISL6548A集成了开关调节器的所有控制方面，使用ISL6613驱动开关MOSFET，选择Vishay Si7844作为MOSFET。输出电感与VDDQ调节器的输入和输出电感相同，输出电容允许大量电容，同时将输出纹波最小化到小于40mV。补偿网络为Type III，系统带宽约为30kHz。
• LDO调节器：VTT_DDR调节器的控制电路和通过元件集成在ISL6548A中。VDAC和VTT_GMCH/CPU通过内部LDO控制器进行调节，选择Vishay Si7840BDP作为通过元件。所有LDO的输出电容选择为保持稳定的输出轨，同时最小化负载瞬态引起的电压波动。
• Grantsdale VDAC排序电路：Grantsdale芯片组对VDAC轨的启动和关闭时序与VGMCH轨有特殊要求。评估板上的电路确保在启动时，VDAC轨在VGMCH轨达到至少0.7V之前不会启动；在进入睡眠状态时，VDAC轨必须在VGMCH轨开始下降之前降至VGMCH轨以下。

七、评估板性能

开关调节器纹波电压

图8显示了VDDQ和VGMCH输出的纹波电压。

瞬态性能

图9 - 14显示了在活动（S0）状态下，输出在各种瞬态负载下的响应。VDDQ_DDR和VGMCH调节器能够快速将输出电压恢复到调节范围内。VTT_DDR轨的负载会影响VDDQ_DDR轨，但VTT_DDR轨的响应比VDDQ_DDR轨更快，因为线性调节器的响应速度更快。

故障保护

图16 - 20显示了系统对VDDQ_DDR轨、VTT轨、VGMCH轨、VTT_GMCH/CPU轨和VDAC轨短路的响应。

效率

图21显示了VDDQ_DDR和VGMCH开关调节器在S0状态下的效率。由于其他调节输出通过线性调节获得，因此未显示它们的效率。

八、定制化

设计者可以通过多种方式修改ISL6548A_6506EVAL1Z评估板以满足不同的需求，例如：

• 更改VDDQ_DDR调节器的输入和输出电感，以及VGMCH调节器的输出电感。
• 调整任何调节器的输入和输出电容。
• 通过OCSET电阻R200编程VDDQ_DDR调节器的过流跳闸点。
• 更改C104的值以改变VTT_DDR轨从睡眠到活动状态转换时的软启动曲线。
• 评估板上的所有MOSFET焊盘允许使用SO8或PowerPak封装的MOSFET。
• 通过在R15和R18位置放置零欧姆跳线绕过ISL6506控制。
• 除VTT_DDR外，通过更改相应调节器的电压编程电阻来修改任何调节器的输出电压。
• 通过在Rx11位置填充0Ω跳线来消除S3#和S5#信号对ATX电源的影响。

九、总结

ISL6548A_6506EVAL1Z是一个多功能的平台，使设计者能够全面了解ISL6506和ISL6548A芯片组在ACPI兼容系统中的功能。该评估板还具有足够的灵活性，允许设计者根据不同的需求进行修改。通过本文的介绍，相信大家对ISL6548A_6506EVAL1Z有了更深入的了解，你在实际设计中是否会考虑使用这个评估板呢？欢迎在评论区分享你的想法。