深入了解TPS2358双插槽ATCA™ AdvancedMC™控制器评估模块

在电子工程领域，电源管理是一个至关重要的环节。德州仪器（TI）的TPS2358双插槽ATCA™ AdvancedMC™控制器评估模块（EVM）为工程师们提供了一个绝佳的学习和实践平台，让我们能够深入了解TPS2358集成电路的特性和操作。

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1. 评估模块简介

TPS2358 EVM是一个印刷电路板（PCB）平台，主要用于帮助用户学习德州仪器（TI）的TPS2358集成电路。TPS2358能够管理两个12V和两个3.3V电源轨，具备浪涌和故障电流限制、FET或门（OR’ing）、输入欠压锁定（UVLO）保护以及逻辑电平使能输入等功能。其12V电源轨的电流控制具有高度的可编程性，包括独立的电流限制和快速跳闸阈值。过流故障计时可通过用户可编程的关断延迟进行管理，并且四个电源通道都有专门的故障和电源良好报告输出。此外，3.3V通道的电流检测、导通和阻断FET完全集成在器件中。

这个评估模块基于TPS2358的电源管理应用，能够轻松配置以满足高级夹层卡（AdvancedMC™）模块的12V和3.3V控制要求。每个集成到载卡上的器件都能根据高级电信计算架构（ATCA™）规范PICMG 3.0的要求，为两个AdvancedMC™插槽提供全面控制。同时，12V电源轨的输入电源FET或门控制有助于在微电信计算架构（MicroTCA™）系统中实现高效的冗余电源。

2. 模块描述

2.1 模块概述

TPS2358 EVM是一个单板评估平台，主要由两部分组成。当将电路板的命名和开关标签以正常的直立阅读位置朝向用户时，顶部部分包含TPS2358器件和通常所需的组件；底部部分包含更多辅助电路，用于通过各种应用场景来测试该器件。电源连接器的输入沿电路板左侧边缘排列，输出沿右侧边缘排列。

电路板的主要（上部）部分由四个电源通道组成，包括特色器件、支持无源元件、输入和输出香蕉插孔、控制FET（用于12V电源轨）和电源平面。电路板上有各种电容器，用于模拟驱动的AdvancedMC™模块上可能存在的输入大容量电容；用户也可以将测试负载连接到输出香蕉插孔。每个电源轨都有多种定时电容选项，用户可以通过DIP开关S7进行选择。整个电路中提供了许多跳线，以实现最大的配置灵活性。此外，还有测试点用于电压和波形监测。

底部部分包含两个扩展端口连接器和状态LED。用于激活芯片使能输入的滑动开关沿PCB底部边缘排成一排。

2.2 典型应用

TPS2358 EVM设计有独立的输入和输出香蕉插孔，最多可连接两个12V输入和3.3V输入电源，以及最多两个12V和3.3V输出电源轨。这为将EVM配置用于ATCA™或MicroTCA™应用提供了最大的灵活性。

通过将两个12V输入和两个3.3V输入连接在一起，TPS2358 EVM可以管理单个12V电源和单个3.3V电源对两个类似AdvancedMC的负载的应用。这种配置允许用户了解该器件在非冗余应用中的操作。在将公共电位输出节点连接在一起的同时独立驱动电源输入，可以展示冗余系统中的操作，尽管是通过一个公共控制器IC实现的。在这两种情况下，通过开关选择的定时电容可以完成针对目标应用的器件配置。

从工厂提供的EVM中，电流限制已针对AdvancedMC™模块的管理电源和有效负载电源控制要求进行了编程。不过，用户可以对12V通道的限制阈值进行编程，下面会包含修改电流限制的说明。这种灵活性使得TPS2358能够用于其他需要12V和3.3V电源控制的专有系统。

最后，EVM具有两个扩展端口和相关跳线，可用于将多个器件并联在一起，以创建真正的冗余系统。为此，可以直接从TI网站（http://www.productfolderURL）订购额外的EVM模块，或者联系当地的TI代表。

2.3 模块特性

TPS2358 EVM具有以下特性：

• 一个TPS2358双插槽ATCA™ AdvancedMC™控制器
• 编程和检测电阻（12V）
• 低RDS(ON)的导通和阻断FET（12V）
• 用于外部电源和可选负载连接的输入和输出电源插孔
• 每个通道最多880µF（4 × 220µF）的跳线负载电容，用于模拟有效负载电源输出大容量电容
• 每个管理电源通道150µF的跳线负载电容
• 每个通道有多个可通过开关选择的故障定时器设置
• 滑动开关用于激活使能输入
• 扩展端口接头

3. 电气规格

3.1 绝对最大额定值

TPS2358 EVM的绝对最大额定值如下表所示：	PARAMETER	RATING
Input voltage range, +12-V supply	–0.3 V to 13.8 V
Input voltage range, +3.3-V supply	–0.3 V to 4 V
Applied voltage, pins of J21, J22 EN12x, ORENx	–0.3 V to (V IN (12VINx) + 0.5 V)
Applied voltage, pins of J21, J22 SUMx, EN3x	–0.3 V to (V IN (3V3INx) + 0.5 V)
Output current, 12-V outputs	TBD
Output current, 3.3-V outputs	Internally limited by device
Output current, SUMx	-5 mA
Storage temperature range	–55 ° C to 150 ° C

3.2 推荐工作条件

TPS2358 EVM的推荐工作条件如下表所示：	PARAMETER	MIN	TYP	MAX	UNITS
Input supply voltage, +12-V	8.8	12	13.2	V
Input supply voltage, +12-V (for specified V OUT )	11.3	12	13.2	V
Input supply voltage, +3.3-V	2.85	3.3	3.5	V
Input supply voltage, +3.3-V (for specified V OUT )	3.235	3.3	3.465	V
Load current, Payload Power Out (either channel)			–7.4	A
Load current, Mgmt Power Out (either channel)			–165	mA

3.3 电气特性

TPS2358 EVM的电气特性如下表所示：	PARAMETER	CONDITIONS	MIN	TYP	MAX	UNITS
UNLESS OTHERWISE NOTED: V IN (12VINx) and V IN (3V3INx) per Table 2 under (for specified V OUT ) . T A = 25 ° C
Output Voltage, Payload Power Out (either channel)	EN12x = HI, ORENx = HI, I LPWR < I LPWR_MAX	10.8		13.2	V
Output Voltage, Mgmt Power Out (either channel)	EN3x = HI, I LMP < I LMP_MAX	3.135		3.46 5	V
Current limit threshold, Payload Power (either channel)		7.4	8.36	9.1	A
Current limit threshold, Mgmt Power (either channel)		170	195	225	mA
Fast trip threshold, Payload Power (either channel)				24.5	A
Fast trip threshold, Mgmt Power (either channel)				400	mA
Output capacitance, Payload Power (C L_PWR ) (each channel)	All 4 load caps connected	704		880 1056	µ F
Output capacitance, Mgmt Power (C L_MP ) (each channel)	Load cap connected	120	150	180	µ F
Output ramp time, Payload Power	V IN = 12V–13.2V, V O = 0V to 98% × V IN , R LOAD = 1K, C LOAD = C L_PWR		1.31	2.01	mS
Output ramp time, Mgmt Power	V IN = 3.3V–3.465V, V O = 0 V to 98% V IN , R LOAD = 270, C LOAD = CL_MP		2.57	3.74	mS

4. 测试设置

4.1 设备要求

为了验证EVM模块的操作并开始使用EVM，需要以下测试和接口设备（不提供）：

• 3.3 VDC电源，最小500 mA
• 15 VDC电源，最小10 A
• 数字万用表
• 4通道示波器，带电流探头

将TPS2358 EVM和测试设备按照图3所示进行连接，以便对电路板进行功能检查，并为用户评估器件操作提供一个良好的起点。电路板上的丝网印刷标签采用了与目标ATCA™和MicroTCA™应用命名法一致的命名约定。3.3V输入电源连接到3V3INx插孔，12V电源连接到12VINx插孔。电源轨标签与标准命名的交叉参考如下表所示：	REF.DES.	CONNECTOR	LABEL DESCRIPTION
J8	SLOT A MP	AdvancedMC™Slot A Management Power
J7	SLOT A PWR	AdvancedMC™Slot A Payload Power
J9	GND	Common load return node for Slot A
J11	SLOT B MP	AdvancedMC™Slot B Management Power
J10	SLOT B PWR	AdvancedMC™Slot B Payload Power
J12	GND	Common load return node for Slot B

5. 测试程序

5.1 跳线安装

TPS2358 EVM使用各种跳线来快速更改功能配置。需要验证模块是否配备了安装在下表所列接头处的分流跳线。对于3针接头，要注意需要连接的针脚对。如有必要，重新配置跳线连接。	Signal and Control Jumpers
J13, J20
J16-2 to J16-3, J19-2 to J19-3
J24 – J28
J29, J30
J31, J32
J33 - J37
J38, J39

在EVM电路板上，将位于PCB底部边缘的ENABLE滑动开关置于下表所示的初始位置。	Section	Switch Name	Initial Position
SLOT A	MP	HI
PWR	HI
PWR_OR	LO
SLOT B	MP	HI
PWR	HI
PWR_OR	LO

将开关S7的所有8个DIP位置设置为闭合位置。

5.2 检查步骤

• 将两个电源的电压调节旋钮完全逆时针旋转。将15V电源的电流限制控制设置为最小输出10安培。
• 如果尚未完成，按照图3所示连接EVM和测试设备。
• 打开3.3V电源，在测试点TP2将输出调整为3.3V ± 5%。打开第二个电源，在TP1将输出调整为12V ± 5%。验证所有STATUS LED（位于滑动开关正上方）是否熄灭。
• 在示波器上，将通道1和2的放大器设置为2V/div刻度，并将轨迹适当地放置在显示屏的上半部分，以便查看3.3V幅度的波形。将通道3的放大器刻度设置为100或200mV/div，并将该轨迹放置在屏幕中心下方约一格处。将电流脉冲放大器刻度设置为100mA/div，并将该轨迹放置在示波器屏幕的底部。将示波器设置为在通道1的上升沿触发，阈值约为1.5V。将时基设置为1mS/div，并将触发模式设置为NORMAL。
• 在EVM电路板上，将SLOT A MP ENABLE开关置于LO位置。SLOT A MP绿色STATUS LED应亮起。在示波器上，验证是否获得了与图4类似的波形捕获。通道1波形从0伏到约3.2伏的总电压上升时间应为2.6 ± 0.6mS。通道3波形在再次拉低之前应达到约180mV的峰值幅度，输出上升时间标称值为2.6ms。实际获得的幅度与上升时间呈线性变化，并且有一定的固有公差。通道4上电流脉冲的峰值幅度应为195 ± 25mA。可以使用数字万用表验证TP8处的电压（相对于TP9处的接地）与3V3IN1（TP2）处的3.3V输入电源电压相差在10mV以内。
• 将通道3示波器探头移至测试点TP30。将示波器设置为在通道2上触发。将EVM SLOT B MP ENABLE开关置于LO位置。SLOT B MP绿色STATUS LED应亮起。在示波器屏幕上，验证是否获得了与图5类似的波形捕获。通道2、3和4的波形参数应与图4所示的参数相似。可以使用数字万用表验证TP11处的输出电压（相对于TP12处的接地）与3.3V输入电源设置相差在10mV以内。
• 按照以下方式更改示波器探头连接和放大器设置。将通道1和2的轨迹位置移动到屏幕上半部分，以便查看两个12V波形可能会有所帮助。
  • Chan. 1 -- TP7: 5 V/div
  • Chan. 2 -- TP10: 5 V/div
  • Chan. 3 -- TP32: 100 or 200 mV/div
• 从3.3V电源线上取下电流探头，并将其夹在12VIN2电源线上。将通道4的放大器设置更改为5A/div。将时基设置为500µS/div，并将示波器触发阈值调整为约3伏。
• 在EVM电路板上，将SLOT B PWR ENABLE开关置于LO位置。SLOT B PWR绿色LED应亮起。在示波器上，验证是否获得了与图6类似的波形捕获。通道2轨迹从0伏到约11.8V的总电压上升时间应为1.3 ± 0.3mS。请注意，12V电源设置与标称12.0V的偏差程度会影响此计时结果。通道3轨迹上应可见线性上升的波形，在输出（通道2）充电到输入电位后一段时间终止。通道4上电流脉冲的平均幅度（即峰值最平坦部分）应为7.9 ± 0.8A。可以使用数字万用表验证TP10处的电压（相对于TP12处的接地）与12VIN2处的输入电源电位基本相同。
• 将通道3示波器探头重新连接到测试点TP33。将示波器设置为在通道1上触发。断开电流探头并将其重新连接到12VIN1电源线上。将探头接地引线移至测试点TP9。将SLOT A PWR ENABLE开关置于LO位置。SLOT A PWR绿色STATUS LED应亮起。在示波器上，验证是否获得了与图7类似的波形捕获。通道1、3和4的波形参数应与图6所示的参数相似。同样，12V电源设置与标称12.0V的偏差程度会影响上升时间结果。可以使用数字万用表验证TP7处的电压（相对于TP9处的接地）与12VIN1处的输入电源电位基本相同。
• 可以通过以下方式确认12V通道输入或门操作：将电压表跨接在12V输出测试点（SLOT A在TP7，SLOT B在TP10）和一个方便的接地点之间。将SLOT A PWR_OR开关设置为LO应使Slot A输出电压下降约600mV（即二极管压降）。将SLOT B PWR_OR开关设置为LO应使Slot B输出下降约600mV。
• 当任何输出通道被禁用（ENABLE开关返回到HI位置）时，相应的输出应向0伏衰减。

以上步骤所示的模块操作是电路板功能完全正常且设置正确的良好指示。这也是对该器件进行进一步测试和用户评估的良好起点。

6. EVM功能细节

6.1 测试点

TPS2358 EVM在整个电路中包含许多测试点，用于用户监测波形和测量电压。下表列出了模块测试点以及每个测试点可获得的信号。EVM PCB布局通过多个电源平面区域将所有接地节点和电源返回连接到一个公共GND节点。然而，