摘要

本文介绍了用于支持 J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 系列处理器的推荐电源设计，以及它们在 J722SXH01EVM - TDA4VEN、TDA4AEN 和 AM67评估模块上的使用情况。本文随附了一个选择指南，其中介绍了系统权衡和设计优势，以帮助您选择电源设计、进行优化和比较功能集。同时，本文还提供了电源资源和控制信号映射方框图，以加速最终米6体育平台手机版_好二三四的设计过程。

引言

J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 处理器系列为广泛的汽车和工业应用提供高度灵活、实时和低延迟的处理能力。J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 视觉和显示处理器具备可扩展的 Arm® Cortex®-A53 性能、速率高达 600MP/s 的图像信号处理器 (ISP)、每秒执行多达 4 万亿次运算 (TOPS) 的深度学习 AI 加速器、深度和运动处理加速器 (DMPAC)、视觉处理加速器 (VPAC) 以及嵌入式特性，如三路高清显示支持、高性能 3D-GPU、4K 视频加速和许多其他外设接口。

本文介绍的所有配电网络 (PDN) 方案都采用 TI 电源管理 IC (PMIC) 以及一系列分立式功率元件来支持 J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 系统。所有功率元件均通过了汽车 AEC-Q100 认证。PDN 主要用于支持所有必需的处理元件（称为 SoC 平台），其中包括：

• J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN SoC 处理器
• LPDDR4 SDRAM
• OSI 或八路 NAND 引导闪存
• eMMC 大容量存储闪存
• PDN 功率器件

符合功能安全标准的 TPS6522x12-Q1 PMIC 和 TPS6287x-Q1 快速瞬变高电流功率级 (HCPS) 构成了 J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 平台的 PDN 基本功率器件。根据系统的最大使用情况和所需的特性，可以使用不同的 PDN 方案来支持 SoC 平台。我们创建了一个选择指南，其中重点介绍了以 PMIC 为中心的 PDN 设计的价值和灵活性。该设计使用一个通用 PMIC PN 并根据需要添加分立式功率器件来添加可选功能。

PDN 选择指南

选择 J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 电源设计时，首先要回答一些关于最终米6体育平台手机版_好二三四的问题：

1. 所需的处理器性能是多少？
2. 所需的内核电压灵活性水平是多少？
3. 所需的 PDN 输入电压是多少？
4. 预期可选功能是什么？
   1. 低功耗模式：（仅部分 IO 保持、部分 IO 和 DDR 保持）
   2. 主要功能：（PMIC 内核温度监测、HS SoC 电子保险丝编程、UHS-1 SD 卡）
   3. 目标功能安全等级：（无或 ASIL-B）

确定系统所需的特性后，可以使用下面的表格来优化推荐的电源设计，其中提供了：

1. SoC 处理峰值功率需求
2. SoC 平台（SoC、LPDDR4、闪存、基本功率器件）电压和控制信号
3. 能够灵活地进行设计权衡：PDN 特性与 PCB 面积和 BOM 成本

定义 PDN 的关键属性包括：基本功率器件、处理性能、输入电压和可选特性。为了便于参考，我们使用了一个由 2 部分组成的 PDN 标识代码（例如 PDN-123.456x）来定义 PDN 的属性。

第一组字符 (-123) 称为“ID”字段，定义了基本功率器件、处理性能和输入电压，如下所示：

1. 基本功率器件的数值：
   1. 5 = TPS62870/1/2/3-Q1 (HCPS) + TPS65223/112-Q1 (PMIC)
   2. 7 = TPS62874/5/6/7-Q1 (HCPS) + TPS65223/112-Q1 (PMIC)
2. 处理性能和资源映射的字母：
   1. A – D = 具有 0.85V 内核启动电压的 1.4GHz 时钟
   2. L – P = 具有 0.75V 内核启动电压的 1.25GHz 时钟
3. PDN 输入电压的数值：
   1. “无”= 3.3V 默认值
   2. 5 = 5V

第二组字符 (.456x) 称为“Variant”字段，定义了需要附加分立式功率器件的可选功能，如下所示：

D = 部分 IO 和 DDR 保持低功耗模式 (LPM)

E = 现场高安全性 SoC 的板载电子保险丝编程

S = UHS-I SD 存储卡

J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN EVM 系统（J722SXH01EVM - TDA4VEN、TDA4AEN 和 AM67 评估模块）使用 PDN-7D.DES 方案来演示灵活的处理器性能以及所有可选功能。

处理器性能

J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 处理器可以提供 2 个基本性能级别，具体取决于主时钟速率为 1.25GHz 或 1.4GHz，这分别需要 0.75V 或 0.85V 的 2 个不同的 VDD_CORE 电源电压电平，详见表 1。我们还定义了一种灵活的处理 PDN 方案，该方案允许处理器在一个性能级别（1.4GHz、0.85V 或 1.25GHz、0.75V）下启动，然后使用系统软件转换到另一个性能级别。要在较低的时钟频率和 VDD_CORE 电压下灵活地操作处理器，需要使用 0.85V 的固定输入电源（VDDR_CORE、VDD_MMC0 和 VDDA_0P85_xxx）作为独立电源，详见表 1 中的 VDD_RAM_0V85 电源轨。如果为 VDD_CANUART 使用独立电源以允许禁用所有其他低压电源来降低 SoC 功率，则可以支持可选的处理器低功耗模式 (LPM)，详见表 1 中的 VDD_IORET_0V75 电源轨。

J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 处理器在汽车和工业市场有 3 个主要用例，具体详见表 2。稳健的 PDN 设计必须能够在峰值功率条件下支持这些处理器用例运行，此时最高的器件结温会导致最大漏电流，而极端的处理器资源使用会导致峰值动态电流。

J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 功耗估算工具 (PET) 可用于估算每个用例的不同资源负载下处理器的功率损耗。该 PET 可以提供 PDN 和热功率估计。PDN 估算反映了在高处理器资源需求条件下极短时间 (1us-10us) 内的峰值 SoC 负载。PDN 或峰值估算用于 PDN 设计，以确保所有输入电源都能提供足够的输出电流来支持峰值负载。热估算反映了在最大用例条件下几分钟内的平均持续功率。热或平均功率估算用于设计处理器的热管理系统，以避免超过器件结温 (T_J) 的最大值。

平台支持

PDN 设计必须支持 J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 处理器、SDRAM、引导和存储闪存，详见表 3。基本功率器件包括符合功能安全标准的 PMIC (TPS6522312-Q1) 和使用功能安全型快速瞬变可堆叠降压转换器 (TPS62875B-Q1) 从 VDD_CORE 电源为最大处理器负载供电的高电流功率级 (HCPS)。

PMIC TPS6522x12-Q1

常见的 TPS6522x12-Q1 PMIC 可以使用 2 种型号 PN 中的 1 种：1) TPS6522312X-Q1，具有内部 ADC，用于监测 PMIC T_J 或通过 I2C 连接到专用 PMIC GPIO 输入的板载网络电压。2) TPS6522112-Q1，没有 ADC。PMIC 内部 NVM 设置（由 PN 字符“12”标识）和可预配置的有限状态机 (PFSM) 使用四个资源选择 (RS) 控制信号来根据需要指示 PMIC 电源和 GPIO 资源分配，从而实现不同的 PDN 方案。经过优化的 TPS6522x12-Q1 PMIC 可简化设计过程，支持多种 PDN 方案，实现推荐的电源设计并缩短米6体育平台手机版_好二三四上市时间。表 9 汇总了该 PMIC 的基本特性。

PMIC 资源选择 (RS[3:0]) 信号指示 PMIC 电源和 GPIO 资源分配，以支持不同的 RS 型号，并根据需要添加分立式电源以实现可选功能。在每个 PMIC 冷启动上电序列期间都会捕获所有四个 RS 控制信号。当 PMIC 的可预配置有限状态机 (PFSM) 执行两个序列，利用连接到 VCCA 和 VMON1 输入的内部电压比较器来分别确定 PDN 输入电压和 VDD_CORE 电源电平，RS3 和 RS2 位会被置位。RS1 和 RS0 位是 PMIC GPIO1 和 GPIO2 输入上的锁存逻辑电平。这些逻辑电平根据 PMIC 弱内部上拉电阻器（Rpu 约为 400k）到 VIO 电源和任何板载下拉电阻器 (Rpd = 10k) 到地形成的电阻分压器网络的输出电压来设置。表 10 总结了 PMIC RS[3:0] 操作和分配。

此外，TPS6522x12-Q1 PMIC 支持一个硬件选项，以在系统冷启动之前禁用看门狗计时器，这在米6体育平台手机版_好二三四开发和调试期间很有用。PMIC 在执行 SoC 上电序列期间锁存 GPIO6 引脚上的逻辑电平。 


该逻辑电平决定看门狗计时器操作，具体如下：

a) 高电平通过设置 WD_PWRHOLD 位来禁用看门狗计时器，以禁用计时器的长窗口超时。

b) 低电平通过设置 WD_PWRHOLD 位来启用看门狗计时器以启用计时器的长窗口超时。

在 PMIC 的 VCCA 输入电源通电并完成 NVM 初始化后，GPIO6 引脚配置为具有弱下拉电阻的输入，并设置为 nERR_MCU 功能，以监测 SoC 处理错误。J722SXH01EVM - TDA4VEN、TDA4AEN 和 AM67 评估模块原理图展示了如何通过三态缓冲器连接到 SoC 的 ERRORn 输出信号，以在上电序列的早期阶段将 SoC 的输出与 GPIO6 输入引脚隔离。这样可以使 GPIO6 输入被上拉至 PMIC 的 VCCA 电源（3.3V 或 5V）以禁用看门狗计时器，或者 PMIC 的内部弱下拉电阻设置低逻辑电平，以启用看门狗计时器。每当需要在系统冷启动时禁用看门狗计时器时，都需要使用三态缓冲器来避免电流馈入未通电的 SoC 输出引脚。GPIO6 电平的锁存发生在 PMIC 以 2.5ms 的时间阶跃启用 VDD_IO_1V8 电源之前。在 VDD_IO_1V8 通电后，三态缓冲器便会启用，从而根据主动系统运行的需要将 SoC 的 ERRORn 输出信号连接至 GPIO6。

HCPS TPS6287x-Q1

该 HCPS 使用高电流、快速转换分立式降压转换器 TPS6287x-Q1 PN 系列，该系列能够在单相配置中提供 6A 至 30A 的输出电流。两个类似的降压转换器系列具有出色的快速瞬态性能、不同的输出电流范围、功耗优化的封装类型和类似的寄存器映射，并可以堆叠以进行多相操作。在非常苛刻的高处理器资源使用情况下，最终米6体育平台手机版_好二三四的峰值负载决定了应该使用哪种降压转换器 PN，详见表 11。所选的降压转换器 PN 以及是否使用多相配置取决于提供正电流裕度所需的总输出电流容量与峰值负载间的关系。一种良好的电源设计做法是在开发过程中为每个电源轨设计 +15% 的电流裕度，从而应对潜在的处理器资源增加或用例功能增长。

表 12 显示了不同 TPS6522x12X-Q1 NVM 所经历的时间阶跃设置条件下的 PMIC 和 HCP 输出电压，以及启动启用和关断禁用序列延迟。有关 PMIC 寄存器和 NVM 设置的更多信息，请参阅 TPS6522x12X-Q1 用户指南。

具有 3.3V 输入的 J722S PDN-7A

PDN-7A 使用 3.3V 输入电压并仅使用基本功率器件，为支持现场电子保险丝编程可选功能的 J722S/AM67x/TDA4VEN/TDA4AEN 平台提供 1.4GHz 的处理能力，详见表 13。

图 1 具有可选电子保险丝编程功能的 1.4Ghz、3.3V 输入、PDN-7A

参考文献

汽车元件

• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TDA4AEN-Q1、TDA4VEN-Q1 Jacinto™ 处理器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS65224-Q1 具有 4 个降压稳压器和 3 个 LDO 且适用于安全相关汽车类应用的电源管理 IC (PMIC) 数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS6287x-Q1 具有快速瞬态响应功能的 2.7V 至 6V 输入，6A、9A、12A、15A 可堆叠同步降压转换器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS6287x-Q1 具有 I2C 接口的 2.7V 至 6V 输入，15A、20A、25A 和 30A 汽车类快速瞬态响应同步降压转换器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS22965x-Q1 5.5V、4A、16mΩ 导通电阻汽车类负载开关数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TLV733P-Q1 无电容 300mA 低压降 (LDO) 线性稳压器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TLV7103318-Q1 用于便携式器件的双路 200mA、低 I_Q、低压降稳压器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS7A21-Q1 汽车类、500mA、低噪声、低 IQ、高 PSRR LDO 数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS61240-Q1 3.5MHz 高效升压转换器数据表

工业元件

• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，AM67x 处理器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS6287x 具有快速瞬态响应功能的 2.7V 至 6V 输入，6A、9A、12A、15A 可堆叠同步降压转换器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS22965 5.7V、6A、16mΩ 导通电阻负载开关数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TLV7103318 用于便携式器件的双路 200mA、低 Iq、低压降稳压器数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TLV733P 无电容 300mA 低压降稳压器
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS7A21 500mA、低噪声、低 IQ、高 PSRR LDO 数据表
• 米6体育平台手机版_好二三四 (TI)，TPS6124x 3.5MHz 高效升压转换器数据表