TPS65910x 集成电源管理单元：功能、特性与应用全解析

在电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环，它直接影响着设备的性能、稳定性和续航能力。TPS65910x 系列集成电源管理单元（PMU）便是一款在电源管理领域表现出色的产品，下面我们就来详细了解一下它的相关特性、应用场景以及设计要点。

文件下载：TPS65910EVM-583.pdf

1. 设备概述

1.1 特性亮点

TPS65910x 系列产品的特性十分丰富，它集成了嵌入式电源控制器，为处理器和其他设备提供了高效稳定的电源供应。其中包括两个用于处理器内核的高效降压式 DC - DC 转换器、一个用于 I/O 电源的降压式 DC - DC 转换器以及一个升压到 5V 的 DC - DC 转换器。这些转换器能够根据不同的负载需求，灵活调整输出电压，从而实现高效的电源转换。

此外，它还支持 SmartReflex™ 动态电压管理，这对于处理器内核的电源管理尤为重要。通过动态调整电压，可以在满足处理器性能需求的同时，有效降低功耗，延长设备的续航时间。同时，该系列产品还配备了 8 个 LDO 电压调节器和一个用于实时时钟（RTC）的 LDO，为不同的设备提供了多样化的电源选择。

在通信接口方面，它拥有两个高速 I2C 接口，一个用于通用控制命令（CTL - (I^{2} C)），另一个专门用于 SmartReflex 类 3 控制和命令（SR - I2C）。这两个接口的存在，使得设备能够方便地与其他设备进行通信和控制。并且，还有两个使能信号与 SR - I2C 复用，可灵活配置以控制任何电源状态和处理器内核的电源电压。

值得一提的是，TPS65910x 还具有热关断保护和热检测功能，能够在设备温度过高时及时采取保护措施，确保设备的安全运行。同时，它还包含一个 RTC 资源，具备 32.768 - kHz 晶体振荡器或 32 - kHz 内置 RC 振荡器、日期、时间和日历功能以及报警能力，为设备提供了精确的时间管理。另外，还有一个可配置的 GPIO 和通过内部或外部 3 - MHz 时钟进行的 DC - DC 开关同步功能，进一步增强了设备的灵活性和可扩展性。

1.2 广泛应用

TPS65910x 适用于多种应用场景，尤其是便携式和手持系统。在这些系统中，对电源的效率和体积要求较高，而 TPS65910x 凭借其高效的电源转换能力和丰富的功能，可以满足这些需求。同时，它也适用于工业系统，为工业设备提供稳定可靠的电源供应。

1.3 产品描述

TPS65910 采用 48 - QFN 封装，专为由单节锂离子或锂聚合物电池、3 节串联镍氢电池供电的应用，或由 5V 输入供电且需要多个电源轨的应用而设计。它提供了三个降压转换器、一个升压转换器和八个 LDO，能够满足基于 OMAP 应用的特定电源需求。

其中，两个降压转换器为双处理器内核供电，并可通过专用的 3 类 SmartReflex 接口进行控制，以实现最佳的电源节省。第三个转换器则为系统中的 I/O 和存储器供电。八个通用 LDO 提供了广泛的电压和电流能力，并且可以通过 I2C 接口进行完全控制。这些 LDO 的使用非常灵活，例如，两个 LDO 可用于为基于 OMAP 的处理器上的 PLL 和视频 DAC 电源轨供电，四个通用辅助 LDO 可为系统中的其他设备供电，另外两个 LDO 则可为需要 DDR 存储器的应用中的 DDR 存储器供电。

除了电源资源外，该设备还包含一个嵌入式电源控制器（EPC），用于管理 OMAP 系统的电源排序要求，以及一个 RTC，为设备提供精确的时间管理。

2. 规格参数

2.1 绝对最大额定值

在使用 TPS65910x 时，需要注意其绝对最大额定值。例如，引脚/焊球 VCC1、VCC2、VCCIO、VCC3、VCC4、VCC5、VCC6、VCC7 的电压范围为 - 0.3V 至 7V，VDDIO 的电压范围为 - 0.3V 至 3.6V 等。超出这些额定值可能会对设备造成永久性损坏，因此在设计时必须严格遵守。

2.2 处理额定值

处理额定值方面，存储温度范围为 - 45°C 至 150°C，静电放电（ESD）性能方面，人体模型（HBM）为 - 2kV 至 2kV，带电设备模型（CDM）为 - 500V 至 500V。在实际操作中，要注意防止静电对设备造成损害，采取适当的防静电措施。

2.3 推荐工作条件

推荐工作条件对于设备的稳定运行至关重要。例如，VCC7 应连接到连接到设备 VCCx 引脚的最高电源，但 VCC2 和 VCC4 可以高于 VCC7，并且 VCC2 和 VCC4 必须连接在一起（到相同的电压）。同时，不同的电源输入和输出都有相应的电压、电流和温度范围要求，在设计时需要根据这些条件进行合理的电路布局和参数设置。

2.4 热阻特性

对于 RSL 封装，了解其热阻特性有助于进行散热设计。例如，结到外壳（顶部）的热阻 (R Θ{JC}) 为 16.4°C/W，结到板的热阻 (R Θ{JB}) 为 5.6°C/W 等。通过合理的散热设计，可以确保设备在工作过程中保持合适的温度，提高设备的可靠性和稳定性。

2.5 其他特性

此外，文档还详细介绍了 I/O 上拉和下拉特性、数字 I/O 电压电气特性、I2C 接口和控制信号、电源消耗、电源参考和阈值、热监测和关断、32 - kHz RTC 时钟、备份电池充电器、VRTC LDO、VIO SMPS、VDD1 SMPS、VDD2 SMPS、VDD3 SMPS、VDIG1 和 VDIG2 LDO、VAUX33 和 VMMC LDO、VAUX1 和 VAUX2 LDO、VDAC 和 VPLL LDO 等方面的特性和参数。这些信息对于工程师进行电路设计和调试非常重要，需要仔细研究和掌握。

3. 详细描述

3.1 电源参考

TPS65910x 的带隙电压参考通过连接在 VREF 输出和模拟地 REFGND 之间的外部电容器进行滤波。VREF 电压在设备内部进行分配和缓冲，为设备提供稳定的参考电压。在设计时，需要根据推荐的工作条件选择合适的滤波电容器，以确保参考电压的稳定性。

3.2 电源来源

该设备提供的电源资源包括基于电感的开关模式电源（SMPS）和线性低压差电压调节器（LDO）。这些电源资源为外部处理器内核、外部组件以及 TPS65910 设备中嵌入的模块提供所需的电源。其中，两个 SMPS 具有 DVS 能力，与 SmartReflex 类 3 兼容，为宿主处理器提供独立的核心电压域，而其余的 SMPS 则为宿主处理器的 I/O 提供电源。

3.3 嵌入式电源控制器

嵌入式电源控制器（EPC）是 TPS65910x 的核心部分之一，它负责管理设备的状态和控制电源上电顺序。EPC 支持多种状态，包括无电源、备份、关闭、活动和睡眠状态。在不同的状态下，设备的电源供应和工作模式会有所不同。例如，在无电源状态下，主电池供应电压不足以给 VRTC 调节器供电，设备处于全局复位状态，所有功能都关闭；在活动状态下，设备的电源开启条件满足，调节后的电源供应开启或可以以全电流能力启用。

设备的电源开启和关闭条件由多个信号和控制位决定。例如，PWRON 信号低电平、PWRHOLD 信号高电平、DEV_ON 控制位设置为 1 或中断标志激活等都可以使设备开启；而 PWRON 信号低电平超过长按延迟、芯片温度达到热关断阈值或 DEV_OFF 或 DEV_OFF_RST 控制位设置为 1 等则会使设备关闭。

3.4 32 - kHz RTC 时钟

TPS65910x 可以通过 CLK32KOUT 输出为平台提供 32 - kHz 时钟。时钟源可以是连接在 OSC32IN 到 OSC32KOUT 引脚的 32 - kHz 晶体、施加到 OSC32IN 输入的方波 32 - kHz 时钟信号（OSC32KOUT 保持浮动）或内部 32 - kHz RC 振荡器。默认的时钟源选择取决于启动模式或设备版本（EEPROM 编程），并且可以通过 DEVCTRL_REG 寄存器进行编程切换。

3.5 RTC

RTC 由 32 - kHz 时钟驱动，提供报警和计时功能。在设备处于关闭或备份状态时，RTC 仍然保持供电。它的主要功能包括以二进制编码十进制（BCD）格式直接提供时间信息（秒/分/小时）、日历信息（日/月/年/星期几）、可编程中断生成、振荡器频率校准和时间校正等。其中，INT_ALARM 可以唤醒平台，而 INT_TIMER 则不能。

3.6 备份电池管理

设备包含一个备份电池开关，根据电池电压值将 VRTC 调节器输入连接到主电池（VCC7）或备份电池（VBACKUP）。只要输入电压足够高（> VBNPR 阈值），VRTC 供应就可以在备份状态下保持。备份电池可以通过嵌入式充电器从主电池充电，充电电压和启用通过 BBCH_REG 寄存器编程控制。

3.7 I2C 接口

TPS65910x 拥有两个 I2C 接口，一个通用的串行控制接口（CTL - (I^{2} C)）用于对系统所有资源的配置寄存器进行读写访问，另一个串行控制接口（SR - I2C）专门用于 SmartReflex 应用，如 DVFS 或 AVS。这两个接口都符合 HS - (I^{2} C) 规范，支持标准从模式（100 Kbps）、快速模式（400 Kbps）和高速模式（3.4 Mbps）。

3.8 热监测和关断

热保护模块会监测设备的结温，与热阈值和热关断阈值进行比较。当达到热阈值时，会向软件发送中断，以关闭非关键运行任务；当达到热关断阈值时，TPS65910 设备会被设置为复位状态，并启动向关闭状态的转换。热保护功能可以通过编程寄存器进行启用或禁用，并且在不同的设备状态下可以有不同的配置。

3.9 中断

设备的中断源包括 RTC 报警事件、RTC 周期性事件、热检测事件、PWRHOLD 信号上升沿、PWRON 长按事件、PWRON 事件、电池电压上升超过 VMBHI 阈值事件、电池电压下降低于 VMBDCH 阈值事件、GPIO_CKSYNC 上升沿和下降沿检测事件等。INT1 信号（默认低电平有效）会警告主机处理器设备上发生的任何事件，主机处理器可以通过 I2C 从中断状态寄存器中轮询中断，以识别中断源。每个中断源都可以通过中断屏蔽寄存器进行单独屏蔽。

3.10 功能寄存器

文档详细介绍了 TPS65910x 的各种功能寄存器，包括 RTC 相关寄存器、备份寄存器、电源控制寄存器、中断状态和屏蔽寄存器、GPIO 配置寄存器等。这些寄存器的配置和操作对于设备的正常运行和功能实现至关重要，工程师需要根据具体的应用需求进行合理的设置。

4. 设备和文档支持

4.1 开发支持

TI 为 TPS65910x 设备的开发提供了丰富的支持。软件方面，提供了 Code Composer Studio™ 集成开发环境（IDE），包括编辑器、C/C++/汇编代码生成和调试功能，以及可扩展的实时基础软件（DSP/BIOS™），为开发 TPS65910 设备应用提供了必要的运行时目标软件。硬件方面，提供了扩展开发系统（XDS™）仿真器。工程师可以通过访问 Texas Instruments 网站获取完整的开发支持工具列表，并根据需要联系最近的 TI 现场销售办公室或授权经销商了解价格和可用性。

4.2 文档支持

TI 提供了一系列文档来描述 TPS65910 设备，如 SWCZ010 TPS65910 硅勘误表、SWCA139 TPS65910x 原理图检查表、SWCU078 TPS65910 用户指南（适用于 OMAP3 系列处理器）等。这些文档可以在 www.ti.com 上获取，为工程师的设计和开发提供了重要的参考。

4.3 相关链接

文档中还提供了快速访问链接，包括技术文档、支持和社区资源、工具和软件以及样品购买等方面的链接。通过这些链接，工程师可以方便地获取所需的信息和资源。

4.4 社区资源

TI 提供了丰富的社区资源，如 TI E2E™ 在线社区和 TI 嵌入式处理器维基。在 TI E2E™ 在线社区中，工程师可以与其他工程师进行交流和合作，分享知识、探索想法并解决问题。TI 嵌入式处理器维基则帮助开发者开始使用德州仪器的嵌入式处理器，并促进对这些设备周围的硬件和软件的创新和知识增长。

5. 机械包装和可订购信息

文档提供了 TPS65910x 系列产品的机械包装和可订购信息，包括不同型号的封装类型、引脚数量、环保计划、引脚镀层/球材料、湿度敏感度等级（MSL）、峰值温度、工作温度范围、设备标记等。同时，还提供了磁带和卷轴信息、管子信息、热焊盘机械数据和焊盘图案数据等详细信息，为工程师进行产品选型和采购提供了便利。

总结

TPS65910x 集成电源管理单元以其丰富的功能、高效的电源转换能力和广泛的应用场景，为电子设备的设计提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求，仔细研究其规格参数、详细描述和相关文档，合理进行电路设计和调试，以充分发挥该设备的优势。同时，要注意遵守设备的使用规范和安全注意事项，确保设备的稳定运行和可靠性。希望本文能够为电子工程师在使用 TPS65910x 时提供一些帮助和参考。如果你在设计过程中遇到任何问题，不妨在评论区留言，我们一起探讨解决方案。