2010 Atom™E6xx Tunnel Creek电源系统TPS59610EVM - 634评估模块解析

在嵌入式计算平台的电源设计领域，TPS59610EVM - 634评估模块（EVM）凭借其高效、灵活的特性，成为了众多电子工程师关注的焦点。下面我们就来深入了解一下这款模块。

文件下载：TPS59611EVM-622.pdf

模块概述

TPS59610EVM - 634专为2010 Atom™E6xx Tunnel Creek电源系统设计，它能够利用8 - 14V（典型12V）的输入总线，为系统提供10路稳压输出。该模块特别针对TPS59610 Atom E6xx CPU和GPU Vcore稳压器进行了优化，同时设置了多个测试点，方便工程师评估其静态和动态性能。

典型应用

主要应用于8 - 14V输入电压的Atom E6xx Tunnel Creek电源系统，适用于嵌入式计算平台。

模块特性

• 全面解决方案：为8 - 14V输入的Atom Tunnel Creek电源系统提供完整的解决方案。
• 频率可选：CPU和GPU电源的开关频率可在200/300/400/500kHz之间选择。
• 电流限制可选：可对CPU和GPU电源的电流限制进行选择。
• 过冲抑制可选：具备可选的输出过冲抑制（OSR™）功能。
• 输出使能控制：每个输出都配备开关或跳线进行使能控制。
• 动态负载功能：板载动态负载，用于CPU和GPU Vcore输出测试。
• 高效高密度：采用TI功率模块MOSFET，实现高效率和高功率密度。
• 测试点丰富：设有方便的测试点，便于探测关键波形。
• PCB设计：采用四层印刷电路板，外层为2oz铜。

电气性能规格

该模块的电气性能规格涵盖了输入和多个输出的各项参数，具体如下：

输入特性

• 输入电压范围：8 - 14V
• 最大输入电流：在输入电压为8V且所有负载满载时，最大输入电流为10A
• 无负载输入电流：输入电压为14V且输出电流为0A时，无负载输入电流为5mA

输出特性

输出类型	输出电压	电压调节	电压纹波	负载电流	过流保护	开关频率	满载效率
CPU (TPS59610)	1.00V	线调节0.1%，负载调节 - 5.7mΩ	30mVpp（VIN = 12V，Io = 5A，300kHz）	0 - 5A	7.2A	200/300/500kHz可选	85.5%（VIN = 12V，1V/5A，300kHz）
GPU (TPS59610)	1.00V	线调节0.1%，负载调节 - 5.7mΩ	30mVpp（VIN = 12V，Io = 5A，300kHz）	0 - 5A	7.2A	200/300/500kHz可选	86.7%（VIN = 12V，1V/5A，300kHz）
5 - V/3.3 - V系统 (TPS51120)	5/3.3V	线调节0.1%，负载调节0.1%	45mVpp（VIN = 12V，Io = 5A）	0 - 5A	10A	280/430kHz可选	94.7/92.1%（VIN = 12V，5V/5A，3.3V/5A）
DDR 1.8 - V和1.05 - V CPU VTT (TPS59124)	1.8/1.05V	线调节0.1%，负载调节1%	30mVpp（VIN = 12V，Io = 5A）	0 - 5A	10A	300/360kHz可选	90.3/85.1%（VIN = 12V，1.8V/5A，1.05V/5A）
1.2 - V IOH (TPS54326)	1.2V	线调节0.1%，负载调节1%	20mVpp（VIN = 12V，1.2Vout，Io = 3A）	0 - 3A	4.1A	700kHz	75.4%（12Vin，1.2V/3A）
1.5 - V CPU PLL (TPS74801)	1.5V	线调节0.1%，负载调节1%	10mVpp（VIN = 1.8V，1.5Vout，Io = 0.4A）	0 - 0.4A	2A	N/A	N/A
0.9 - V VTT (TPS51100)	0.9V	线调节0.1%，负载调节±40mV	10mVpp（VIN = 1.8V，0.9VTT，Io = 2A）	0 - 2A	3A	N/A	N/A
1.05 - V CPU C6 RAM (TPS74801)	1.05V	线调节0.1%，负载调节1%	10mVpp（VIN = 1.8V，1.05Vout，Io = 0.1A）	0 - 0.1A	2A	N/A	N/A

测试设置

测试设备

• 电压源：输入电压源VIN需为0 - 14V的可变直流电源，能够提供10A直流电流，连接到J304。
• 万用表：V1用于测量TP303（VIN）和TP304（GND）之间的输入电压；V2用于测量每个输出测试点的输出电压；A1用于测量输入电流。
• 输出负载：输出负载应为电子恒阻模式负载，能够承受0 - 10A直流电流。
• 示波器：可使用数字或模拟示波器测量输出纹波，设置为1MΩ阻抗、20MHz带宽、交流耦合、2µs/格水平分辨率、50mV/格垂直分辨率。
• 推荐线规：VIN到J304的连接线推荐使用AWG 16规格，总长度小于4英尺；每个输出到负载的连接线最小推荐使用AWG 16规格，总长度小于4英尺。

推荐测试设置

在ESD工作站操作，操作前需确保手腕带、脚带或垫子连接到接地端。按照图7所示的推荐测试设置进行连接。

配置

所有跳线选择必须在给EVM通电前完成，用户可根据以下配置进行设置：

CPU和GPU配置

• 电流限制跳闸选择：通过J104（CPU）和J204（GPU）的TRIPSEL设置，默认设置为7.2A。
• 频率选择：通过J103（CPU）和J203（GPU）的TONSEL设置，默认设置为300kHz。
• 过冲抑制选择：通过J105（CPU）和J205（GPU）的OSRSEL设置，默认设置为最大抑制。
• VID位选择：CPU Vcore电压通过J107（7位CPU VID）设置，默认设置为0101000对应1.000V；GPU Vcore电压通过J207（5位GPU VID）设置，默认设置为01010对应1.000V。
• 深度睡眠模式选择：通过J106（CPU）和J206（GPU）设置C4退出速率，默认设置为在DPRSLPVR上跳线，DPRSTP#上不跳线。
• 过压保护选择：通过JP101（CPU）和JP201（GPU）的OVPSEL设置，默认设置为不跳线以启用过压保护。
• 板载动态负载选择：通过SW501（CPU）和SW502（GPU）设置，默认设置为将开关推到右侧以禁用板载动态负载。
• 使能选择：通过S101（CPU）和S201（GPU）设置，默认设置为将开关推到顶部以禁用CPU和GPU。

其他系统配置

还包括5 - V/3.3 - V系统、DDR 1.8 - V/1.05 - V CPU VTT、0.9 - V VTT和0.9 - V VTTREF、1.5 - V CPU PLL、1.05 - V CPU C6 RAM、1.2 - V IOH等系统的配置，均通过相应的跳线或开关进行设置。

测试程序

线/负载调节和效率测量程序

以CPU测量为例，步骤如下：

1. 按照测试设置部分的描述和图7进行EVM设置。
2. 确保负载设置为恒阻模式且吸收电流为0A。
3. 确保所有跳线配置设置符合配置部分的要求。
4. 在施加VIN之前，确保S101 VR_ON使能开关设置为OFF。
5. 将VIN从0V增加到12V，使用V1测量VIN电压。
6. 将开关S101设置为ON以启用控制器。
7. 使用V2测量Vcore_c电压。
8. 将负载从0A直流变化到5A直流，Vcore_c必须保持在负载调节范围内。
9. 将VIN从8V变化到14V，Vcore_c必须保持在线调节范围内。
10. 将开关S101设置为OFF以禁用控制器。
11. 将负载减小到0A。
12. 将VIN减小到0V。

板载瞬态响应测量

仅适用于CPU和GPU，步骤如下：

1. 按照测试设置部分的描述和图7进行EVM设置。
2. 确保所有跳线配置设置符合配置部分的要求。
3. 移除CPU的J102或GPU的J202上的负载。
4. 在施加VIN之前，确保VR_ON（CPU的S101和GPU的S201）为OFF。
5. 将VIN从0V增加到12V，使用V1测量VIN电压。
6. 使用TP508（DL_CLK）和TP209（GND）测量瞬态定时信号。
7. 将开关SW501（CPU）或SW502（GPU）推到ON位置（左侧），CPU的动态负载LED D503和GPU的D502点亮。
8. 使用TP116（CPU）或TP216（GPU）测量Vcore_c或Vcore_G的瞬态响应。

环路增益/相位测量

仅适用于CPU和GPU，步骤如下：

1. 按照测试设置部分的描述和图7进行EVM设置。
2. CPU：将隔离变压器连接到J101（CPU）的VSNS和J102（CPU）的Vcore_C(+)；GPU：将隔离变压器连接到J201（GPU）的VSNS和J202（GPU）的Vcore_G(+)。
3. CPU：将输入信号CHA连接到J101的VSNS引脚，将输出信号CHB连接到J102的Vcore_C(+)；GPU：将输入信号CHA连接到J201的VSNS引脚，将输出信号CHB连接到J202的Vcore_G(+)。
4. 将CHA和CHB的接地引线连接到TP116（CPU）和TP216（GPU）的GND。
5. 通过隔离变压器注入约50mV或更小的信号。
6. 以10Hz或更低的后置滤波器将频率从100Hz扫描到1MHz，测量控制环路增益和相位裕度。
7. 在进行其他测量之前，从波特图设置中断开隔离变压器（信号注入反馈可能会干扰其他测量的准确性）。

设备关机

先关闭负载，再关闭VIN。

性能数据和典型特性曲线

文档中提供了从图8到图68的典型性能曲线，展示了CPU、GPU、5 - V/3.3 - V系统、1.8 - V DDR/1.05 - V CPU VTT、1.2 - V IOH等的效率、负载调节、使能开启和关闭、开关节点、电压纹波等性能数据。

EVM组装图和PCB布局

图69到图74展示了TPS59610EVM - 634印刷电路板的设计，该EVM采用四层电路板，外层为2oz铜。

物料清单

文档中的表17列出了EVM的主要组件清单，包括电容、二极管、电感、MOSFET、电阻、IC等组件的数量、参考编号、描述、制造商和零件编号。

注意事项

• 适用范围：该评估板仅用于工程开发、演示或评估目的，并非适合一般消费者使用的成品。
• 安全操作：操作时需注意输入电压范围为8 - 14V，输出电压范围为0.9 - 5V，超出范围可能导致意外操作或设备损坏。部分电路组件在正常运行时外壳温度可能超过60°C，操作时需注意避免烫伤。
• 法规合规：该评估板可能未经过FCC、IC等法规的测试，使用时可能会产生射频干扰，用户需自行采取措施解决。在日本使用该产品需遵守相关电波法规定。

TPS59610EVM - 634评估模块为2010 Atom™E6xx Tunnel Creek电源系统提供了一个全面、灵活的解决方案。电子工程师在使用该模块时，需严格按照文档中的说明进行测试和配置，以确保系统的稳定运行。大家在实际应用中是否遇到过类似电源模块的配置和测试问题呢？欢迎在评论区分享交流。