ZHCSQM7B May   2022  – June 2024 TPS65219

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 特性
  3. 应用
  4. 说明
  5. 器件比较
  6. 引脚配置和功能
  7. 规格
    1. 6.1  绝对最大额定值
    2. 6.2  ESD 等级
    3. 6.3  建议运行条件
    4. 6.4  热性能信息
    5. 6.5  系统控制阈值
    6. 6.6  BUCK1 转换器
    7. 6.7  BUCK2、BUCK3 转换器
    8. 6.8  通用 LDO(LDO1、LDO2)
    9. 6.9  通用 LDO(LDO3、LDO4)
    10. 6.10 GPIO 和多功能引脚(EN/PB/VSENSE、nRSTOUT、nINT、GPO1、GPO2、GPIO、MODE/RESET、MODE/STBY、VSEL_SD/VSEL_DDR)
    11. 6.11 电压和温度监测器
    12. 6.12 I2C 接口
    13. 6.13 典型特性
  8. 详细说明
    1. 7.1 概述
    2. 7.2 功能方框图
    3. 7.3 特性说明
      1. 7.3.1  上电时序
      2. 7.3.2  下电时序
      3. 7.3.3  按钮和使能输入 (EN/PB/VSENSE)
      4. 7.3.4  复位到 SoC (nRSTOUT)
      5. 7.3.5  降压转换器(Buck1、Buck2 和 Buck3)
      6. 7.3.6  线性稳压器(LDO1 至 LDO4)
      7. 7.3.7  中断引脚 (nINT)
      8. 7.3.8  PWM/PFM 和低功耗模式 (MODE/STBY)
      9. 7.3.9  PWM/PFM 和复位 (MODE/RESET)
      10. 7.3.10 电压选择引脚 (VSEL_SD/VSEL_DDR)
      11. 7.3.11 通用输入或输出(GPO1、GPO2 和 GPIO)
      12. 7.3.12 与 I2C 兼容的接口
        1. 7.3.12.1 数据有效性
        2. 7.3.12.2 启动和停止条件
        3. 7.3.12.3 传输数据
    4. 7.4 器件功能模式
      1. 7.4.1 运行模式
        1. 7.4.1.1 OFF 状态
        2. 7.4.1.2 INITIALIZE 状态
        3. 7.4.1.3 运行状态
        4. 7.4.1.4 STBY 状态
        5. 7.4.1.5 故障处理
    5. 7.5 多 PMIC 运行
    6. 7.6 用户寄存器
    7. 7.7 器件寄存器
  9. 应用和实施
    1. 8.1 应用信息
    2. 8.2 典型应用
      1. 8.2.1 典型应用示例
      2. 8.2.2 设计要求
      3. 8.2.3 详细设计过程
        1. 8.2.3.1 Buck1、Buck2、Buck3 设计过程
        2. 8.2.3.2 LDO1、LDO2 设计过程
        3. 8.2.3.3 LDO3、LDO4 设计过程
        4. 8.2.3.4 VSYS、VDD1P8
        5. 8.2.3.5 数字信号设计过程
      4. 8.2.4 应用曲线
    3. 8.3 电源相关建议
    4. 8.4 布局
      1. 8.4.1 布局指南
      2. 8.4.2 布局示例
  10. 器件和文档支持
    1. 9.1 接收文档更新通知
    2. 9.2 支持资源
    3. 9.3 商标
    4. 9.4 静电放电警告
    5. 9.5 术语表
  11. 10修订历史记录
  12. 11机械、封装和可订购信息

封装选项

机械数据 (封装 | 引脚)
散热焊盘机械数据 (封装 | 引脚)
订购信息

降压转换器(Buck1、Buck2 和 Buck3)

TPS65219 集成了三个降压转换器。Buck1 能够支持高达 3.5A 的负载电流,Buck2/Buck3 能够支持高达 2A 的负载电流。这些降压转换器的输入电压范围为 2.5V 至 5.5V,可以直接连接到系统电源或另一个降压转换器的输出。输出电压可在 0.6V 至 3.4V 的范围内进行编程:在 1.4V 以下为 25mV 阶跃,1.4V 和 3.4V 之间为 100mV 阶跃。

  • 处于 ACTIVE 状态的降压转换器的开/关状态由 ENABLE_CTRL 寄存器中的相应 BUCKx_EN 位控制。
  • STBY 状态下的降压转换器的开/关状态由 STBY_1_CONFIG 寄存器中的相应 BUCKx_STBY_EN 位控制。
  • 在 INITIALIZE 状态下,无论位如何设置,降压转换器都会关闭。
警告: 如果根本不使用降压稳压器,则 FB_Bx 引脚必须连接到 GND,并且 Lx_Bx 引脚必须保持悬空。
  • 转换器活动可由序列发生器或通过 I2C 通信控制。
降压开关模式:
  • 准固定频率模式
    • 无论负载电流如何,这些转换器都可以在强制 PWM 模式下运行,也可以进入脉冲频率调制 (PFM) 模式以实现低负载电流。该模式由 MODE/STBY 引脚或 MODE/RESET 引脚控制(如果其中任何一个引脚配置为“MODE”),或通过向 MFP_1_CONFIG 寄存器中的 MODE_I2C_CTRL 位发出 I2C 命令来控制(请参阅“PWM/PFM 和低功耗模式 (MODE/STBY)”以及“PWM/PFM 和复位 (MODE/RESET)”部分中的引脚配置和 I2C 命令)。
    • 在转换至 ACTIVE 状态或 INITIALIZE 状态期间,无论引脚状态如何,都会强制降压转换器进入 PWM 模式。仅当器件在完成序列且最后一个上电时隙到期时进入 ACTIVE 状态,才允许进入 PFM。
    • 如果是 DVFS 引起的输出电压变化,TPS65219 会暂时强制降压稳压器进入 PWM,直到电压变化完成。如果允许 PFM,则进入和退出 PFM 取决于负载电流。当电感电流达到 0A 时启动 PFM,这时负载电流约计算为:
    • ILOAD = {[(VPVIN_Bx - VBUCKx) / L] × (VBUCKx / VPVIN_Bx) × (1 / fSW)} / 2

警告: 用户不得更改 BUCK_FF_ENABLE!该位由制造商预先配置。
  • 这些转换器可以单独进一步配置为高带宽模式,以实现最优瞬态响应或更低的带宽,从而更大限度地减小输出滤波电容。该选择由 GENERAL_CONFIG 寄存器中的 BUCKx_BW_SEL 位完成。仅当禁用此稳压器时,才能更改此位。请注意,高带宽使用案例对输出电容的要求更高!
  • 如果 VSEL_SD/VSEL_DRR 通过 MFP_1_CONFIG 寄存器中的 VSEL_DDR_SD 位配置为“VSEL_DDR”,则可通过将 VSEL_SD/VSEL_DDR 引脚拉至高电平、低电平或将引脚保持悬空来控制 Buck3 的输出电压。这些设置支持 DDR3LV、DDR4 和 DDR4LV 电源电压,无需更改 EEPROM。
警告: VSEL_DDR 引脚需要进行硬接线,并且在运行期间不得更改。
  • 降压转换器具有有源放电功能。可以在 DISCHARGE_CONFIG 寄存器中为每个电源轨单独禁用放电功能。如果启用了放电,只要禁用电源轨,该器件就会将输出放电至地电位。
  • 在(从 INITIALIZE 状态或 STBY 状态)进入 ACTIVE 状态的某个序列之前,无论放电配置如何,该器件都会使禁用的电源轨放电,以避免出现预偏置输出。
  • 如果通过 I2C 命令启用了电源轨,则不会强制执行有源放电,但仅当输出电压低于 SCG 阈值时才会启用电源轨。
  • 该寄存器不受 EEPROM 支持,并且在器件进入 OFF 状态时复位。
  • 处于 INITIALIZE 状态(在复位期间或 I2C-OFF 请求期间)时,不会复位放电配置。注意:如果禁用放电功能,则可能违反断电序列。

所有降压转换器均支持动态电压频率调节 (DVFS)。在运行期间可以更改输出电压,以便在 0.6V 至 1.4V 的较低输出电压范围内优化 SoC 工作点的工作电压。通过写入 BUCK1_VOUT、BUCK2_VOUT 或 BUCK3_VOUT 寄存器可控制电压变化。在 DVFS 引起的电压转换期间,无论放电配置如何,有源放电功能都会暂时启用。

输出电容要求

降压转换器需要足够的输出电容来实现稳定性。所需的最小和支持的最大电容取决于配置:
  • 对于准固定频率、低带宽配置,需要最小 10µF 的电容、支持的最大总电容为 75µF
  • 对于准固定频率、高带宽配置,需要最小 30µF 的电容、支持的最大总电容为 220µF

降压故障处理

  • TPS65219 会检测降压转换器输出上的欠压。对欠压检测的反应取决于 INT_MASK_BUCKS 中 BUCKx_UV 位和 MASK_EFFECT 位的配置。如果未屏蔽,器件会设置 INT_SOURCE 寄存器中的 INT_BUCK_1_2_IS_SET 或 INT_BUCK_3_IS_SET 位,以及 INT_BUCK_1_2 或 INT_BUCK_3 寄存器中的 BUCKx_UV 位。

    在电压转换(例如,当由 DVFS 引起的电压变化触发时)期间,该器件默认会将欠压检测消隐,并在电压转换完成时激活欠压检测。

    如果器件在(从 INITIALIZE 或 STBY 状态)进入 ACTIVE 状态的序列期间检测到欠压且 UV 未被屏蔽,则断电序列会在当前时隙结束时开始。

    如果器件在 ACTIVE 状态或 STBY 状态下检测到欠压且 UV 未被屏蔽,则断电序列会立即启动。OC 检测不可屏蔽。

  • TPS65219 针对降压转换器输出提供逐周期电流限制。如果器件检测到过流持续 tDEGLITCH_OC_short 或 tDEGLITCH_OC_long(可通过 OC_DEGL_CONFIG 寄存器中的 EN_LONG_DEGL_FOR_OC_BUCKx 对每个电源轨分别配置;仅适用于上升沿),器件会在 INT_SOURCE 寄存器中设置 INT_BUCK_1_2_IS_SET 或 INT_BUCK_3_IS_SET 位,并在 INT_BUCK_1_2 或 INT_BUCK_3 寄存器中设置 BUCKx_OC 位(对于正过流)或 BUCKx_NEG_OC 位(对于负过流)。

    在电压转换(例如,当由 DVFS 引发电压变化触发时)期间,过流检测被消隐,仅在电压转换完成时激活。

    如果在(从 INITIALIZE 状态或 STBY 状态)进入 ACTIVE 状态的序列期间发生过流,器件会立即禁用受影响的电源轨并在当前时隙结束时启动断电序列。

    如果在 ACTIVE 状态或 STBY 状态下发生过流,器件会立即禁用受影响的电源轨并启动断电序列。

    OC 检测不可屏蔽,但抗尖峰脉冲时间是可配置的。强烈建议使用 tDEGLITCH_OC_short。长时间过流可能会加剧老化或增大恢复时过冲。

  • TPS65219 会检测降压输出上的接地短路 (SCG) 故障。对 SCG 事件检测的反应是在 INT_SOURCE 寄存器中设置 INT_BUCK_1_2_IS_SET 位或 INT_BUCK_3_IS_SET 位,以及在 INT_BUCK_1_2 或 INT_BUCK_3 寄存器中设置 BUCKx_SCG 位。受影响的电源轨立即被禁用。该器件会定序关闭所有输出并转换至 INITIALIZE 状态。

    SCG 检测不可屏蔽。

    如果启用了某个电源轨,器件最初会消隐 SCG 检测,以允许该电源轨斜升到 SCG 阈值以上。

  • TPS65219 会检测降压输出上的残余电压 (RV) 故障。对 RV 事件检测的反应是在 INT_SOURCE 寄存器中设置 INT_RV_IS_SET 位以及在 INT_RV 寄存器中设置 BUCKx_RV 位。RV 检测不可屏蔽,但可以通过 INT_MASK_WARM 寄存器中的 MASK_INT_FOR_RV 为所有电源轨全局配置 nINT 反应。不管屏蔽与否,都会设置 BUCKx_RV 标志,仅当 nINT 置为有效时才会设置 INT_RV_IS_SET 位。故障反应时间和潜在的状态转换取决于检测到残余电压时的情况:
    • 如果器件在 INITIALIZE 状态下 ON 请求期间检测到残余电压,则会限制上电并保持在 INITIALIZE 状态。如果 RV 条件存在时间超过 4ms 至 5ms,器件会设置 BUCKx_RV 位。如果 RV 条件不再存在,器件会转换为 ACTIVE 状态。
    • 如果器件在上电、ACTIVE_TO_STANDBY 或 STANDBY_TO_ACTIVE 序列期间检测到残余电压,则序列会中止,器件会断电。
    • 如果在请求退出 STBY 状态期间,器件检测到在 STBY 状态期间被禁用的任何电源轨上的残余电压超过 80ms,器件会转换至 INITIALIZE 状态。如果该情况持续 4ms 至 5ms 但小于 80ms,则器件会设置 BUCKx_RV 位。
    • 如果器件在上电、ACTIVE_TO_STANDBY 或 STANDBY_TO_ACTIVE 序列期间检测到残余电压,则序列会中止,器件会断电。
    • 如果在 I2C 执行电源轨 EN 命令期间检测到残余电压,则会立即设置 BUCKx_RV 标志,但不会发生状态转换。
  • 降压转换器有一个本地过热传感器。对温度警告的反应取决于 MASK_CONFIG 寄存器中相应 SENSOR_x_WARM_MASK 位以及 INT_MASK_BUCK 寄存器中 MASK_EFFECT 位的配置。如果传感器上的温度超过 TWARM_Rising 且未被屏蔽,器件会在 INT_SOURCE 寄存器中设置 INT_SYSTEM_IS_SET 位并在 INT_SYSTEM 寄存器中设置 SENSOR_x_WARM 位。如果传感器检测到温度超过 THOT_Rising,则转换器功率耗散和结温将超出安全工作值。器件会立即将所有有效输出断电,并在 INT_SOURCE 寄存器中设置 INT_SYSTEM_IS_SET 位并在 INT_SYSTEM 寄存器中设置 SENSOR_x_HOT 位。一旦温度降至 TWARM_Falling 阈值以下(或在 T_WARM 被屏蔽的情况下低于 THOT_Falling 阈值),TPS65219 便会自动恢复。_HOT 位保持设置状态并需要通过写入“1”来清零。HOT 检测不可屏蔽。
警告: 降压转换器只能提供高达相应电流限制的输出电流,包括在启动期间。根据流入滤波器和负载电容的充电电流,器件可能无法在斜坡期间将全部输出电流驱动至负载。根据经验,对于超过 50μF 的总负载电容,负载电流不得超过额定输出电流的 25%。该限制同样适用于输出电压的动态变化。
警告: TPS65219 不会提供差分反馈引脚。该器件不支持遥感。由于单端布线易受噪声影响,必须尽可能短,从而直接连接到输出滤波器。
表 7-1 BUCK 输出电压设置
BUCKx_VSET [十进制] BUCKx_VSET [二进制] BUCKx_VSET [十六进制] VOUT(Buck1、Buck2 和 Buck3)[V]
0 000000 00 0.600
1 000001 01 0.625
2 000010 02 0.650
3 000011 03 0.675
4 000100 04 0.700
5 000101 05 0.725
6 000110 06 0.750
7 000111 07 0.775
8 001000 08 0.800
9 001001 09 0.825
10 001010 0A 0.850
11 001011 0B 0.875
12 001100 0C 0.900
13 001101 0D 0.925
14 001110 0E 0.950
15 001111 0F 0.975
16 010000 10 1.000
17 010001 11 1.025
18 010010 12 1.050
19 010011 13 1.075
20 010100 14 1.100
21 010101 15 1.125
22 010110 16 1.150
23 010111 17 1.175
24 011000 18 1.200
25 011001 19 1.225
26 011010 1A 1.250
27 011011 1B 1.275
28 011100 1C 1.300
29 011101 1D 1.325
30 011110 1E 1.350
31 011111 1F 1.375
32 100000 20 1.400
33 100001 21 1.500
34 100010 22 1.600
35 100011 23 1.700
36 100100 24 1.800
37 100101 25 1.900
38 100110 26 2.000
39 100111 27 2.100
40 101000 28 2.200
41 101001 29 2.300
42 101010 2A 2.400
43 101011 2B 2.500
44 101100 2C 2.600
45 101101 2D 2.700
46 101110 2E 2.800
47 101111 2F 2.900
48 110000 30 3.000
49 110001 31 3.100
50 110010 32 3.200
51 110011 33 3.300
52 110100 34 3.400
53 110101 35 3.400
54 110110 36 3.400
55 110111 37 3.400
56 111000 38 3.400
57 111001 39 3.400
58 111010 3A 3.400
59 111011 3B 3.400
60 111100 3C 3.400
61 111101 3D 3.400
62 111110 3E 3.400
63 111111 3F 3.400