S32V234 硬件系列 | 跟我走,不迷路 - 电源设计

粉尼 2020/10/16 18:09:41 盖世大V说

一、 原理图部分

1.   NXP S32V234 平台最小系统(CPU + DDR + Flash + Reset + Power)电源介绍

1.1 S32V234 最小系统电源框图

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图 1.1 S32V234 Power supply concept

1.2 S32V234 Power List

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图 1.2 S32V234 Power List

1.3 S32V234 电源时序需求

   ① PCIE_VP 和 PCIE_VPH 彼此之间应该在 50ms 内上电;

   ② VDD_HV_CSI 和 VDD_LV_CSI 彼此之间应该在 50ms 内上电;

   ③ VREFH_ADC 和 VDD_HV_ADC 在上下电时的电压差不能超过 100mV;

   ④ DDR0_VREF0 和 DDR1_VREF0 应该是跟随 VDD_DDR0_IO 和 VDD_DDR1_IO 变化的,

      且一直是这两个电压的一半,DDR0_VREF0 和DDR1_VREF0 峰值底噪应该在 +/- 15mV 以内;

   ⑤ 如果使用 LFAST 接口,VDD_HV_ADC 必须先上电。

   如下总结一些有相同电压域,且已通过测试在上下电时可以被同时控制的电源:

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图 1.3 S32V234 supply groups tested for power sequencing

2.   电源设计建议

2.1   Core/CPU/GPU 电源

S32V234 的 Core/CPU/GPU 的电源都采用 1V 供电,电流最大时可以达到 10A,所以这里的电容不能删减,且 Layout 时一定要注意电源铺铜面积,保证大电流的通过。

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图 1.4 S32V234 VDD_CORE 芯片管脚

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 图 1.5 S32V234 VDD_CORE 供电电路

   2.2 PLL 电源

      S32V234 的 PLL 模块需要 1.8V 和 1V 两路电源供电。

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图 1.6 S32V234 VDD_PLL 电路

     2.3 DDR 电源

        S32V234 的控制器接口支持 LPDDR2/DDR3/DDR3L 电平标准。

        DDR_VREF=VDD_DDR_IO/2 需要用外部电源单独供电,可以用专用芯片

        或由VDD_DDR_IO 分压的方式获得。

        如果有用到 0.675_VTT 电源,务必采用芯片单独供电,不能和 DDR_VREF 共网络。

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图 1.7 DDR 控制供电管脚

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 图 1.8 DDR 控制器供电网络

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 图 1.9 用专用芯片产生 VREF

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图 1.10 由分压电阻产生 VREF

    2.4 IO 电源

      S32V234 的 IO 电压域可以配置成 1.8V 和 3.3V 两种,建议靠近相应管脚摆放去耦电容。

图 1.11 S32V234 IO 供电管脚(一)

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图 1.12 S32V234 IO 供电管脚(二)

   2.5 PF8X00 PMIC 方案

      2.5.1 PF8X00 框图

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图 1.13 PF8X00 框图

     2.5.2 PF8X00 特征

        ① 输入电压范围:-0.3V ~ 6V;

        ② 7 个高性能可配置 BUCK DCDC 转换器,如 图 1.13;

        ③ 4 个线性可配置 LDO,如 图 1.14;

        ④ 看门狗监控功能;

        ⑤ 安全等级监控电路;

        ⑥ 3.4MHz I2C 通讯接口;

        ⑦ PGOOD 监控功能;

        ⑧ 可配置 OTP 存储。

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图 1.14 PF8200 BUCK DCDC 输出

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图 1.15 PF8200 LDO 输出

     2.5.3 S32V234 + PF8200 Power Tree

         S32V234 平台采用 PF8200 系列 PMIC,设计时需根据实际的电源分配情况给 PMIC 

         烧录对应的固件。

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图 1.16 S32V234 + PF8200 推荐电源方案

      2.5.4 PF8X00 应用框图

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图 1.17 PF8X00 应用框图

     2.5.5 PF8X00 原理图设计注意事项

         ① 4 路 BUCK DCDC 的储能电感能够通过最大电流保证在 2.5A 以上,输出电容建议大于 30uF ,

          输入部分靠近对应管脚添加足够多的电容;

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图 1.18 S32V234 + PF8200 BUCK DCDC 参考原理图

             ② 如果使用适配器直接给 PF8200 供电,建议在输入电源前端加 TVS 管;

             ③ LDO2 的输出可以通过外部管脚 VSELECT 来进行不同配置(1.8V & 3.3V);

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图 1.19 S32V234 + PF8200 LDO 参考原理图

              ④ 输出状态脚有 PGOOD 、EWARN、FSOB,如果需要使用,需要在 OTP 文件中配置,

               硬件上接到相应的模块(GPIO、指示灯电路);

  

             ⑤ 输入管脚 PWRON、STANBY、XINBY、WDI 需要根据具体设计要求进行设计,

               外围的上下拉电阻需要和 OTP 文件中的配置对应。

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图 1.20 S32V234 + PF8200 控制及指示端口参考原理图(一)

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图 1.21 S32V234 + PF8200 控制及指示端口参考原理图(二)

      3. S32V234 功耗情况

        3.1 S32V234 功耗表

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图 1.22 S32V234 功耗表

     3.2 S32V234 不同工作情况下的参考功耗

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图 1.23 S32V234 不同工作情况下的参考功耗表

   二、PCB Layout 部分

1.   为了保证 S32V234 有更高的性能表现,推荐使用 8 层或以上的 PCB 叠层结构,同时建议器件采用双面贴片设计,以下 S32V234-EVB2 PCB 叠层结构可作为参考。

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图 2.1 Layer stack S32V234-EVB2 board

2.   层的定义设计原则

  ① 器件面下层(第二层)为地平面,为器件面布线提供参考平面;

  ② 所有信号层尽可能与地平面相邻;

  ③ 主电源层尽可能与对应地层相邻;

  ④ 建议采用对称结构设计。

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图 2.2 PCB 层定义参考

3.   GND 的处理

  ① PCB 上必须有一层完整的 GND 层,用于散热和保证信号完整性;

  ② 保证芯片每一个 GND PAD 有对应的过孔,连接到主地上。

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图 2.3 S32V234 GND PAD 上的盲孔

     4. 电源处理

       4.1 VDD_LV_CORE 给芯片的计算单元供电,为主要电源;

    在使用前视功能时,预估达到 5W 的功耗;

    在使用环视功能应用时,预估达到 10W 的功耗;

    所以在设计时对此网络建议如下处理:

    ① 电源网络采用覆铜处理;

    ② 采用多层网络供电;

    ③ 每个 VDD_LV_CORE PAD 有对应的一个过孔连到电源平面。

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图 2.4 VDD_LV_CORE 覆铜处理(L1、L3、L5)

       4.2 VDD_DDR_IO 从电源输出端到 S32V234 和 DDR 的相关引脚要有大面积覆铜,

          降低大电流时铜皮带来的压降;同时注意其它信号过孔的放置,避免出现密集区以致覆铜面积减少。

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图 2.5 VDD_DDR_IO 覆铜处理

  4.3 VDD_HV_PLL、VDD_LV_PLL、VDD_GPIO 等相关电源引脚保证有尽量宽的供电网络

    (根据 电源功耗表 中的电流大小来设定铜皮宽度,预留至少 20% 余量),

     以减少走线阻抗,提高电源的稳定性。

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图 2.6 S32V234 相关电源处理

   4.4 S32V234 位置的 PCB 背面放置必要的 0201 封装大小滤波电容;

    针对 VDD_CORE、VDD_DDR_IO、VDD_PLL、VDD_CSI 等网络上的大电容尽量靠近芯片放置,

   以改善电源质量,提高产品性能。

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图 2.7 S32V234 电源滤波电容

       4.5 建议电源层采用 1oz 铜皮厚度。

      4.6 PCB 直线宽度允许最大电流的经验计算公式:

           公式中 K 为修正系数,覆铜线在内层时取 0.024,在外层时取 0.048;                                   

     T 为允许的最大温升,单位为 ℃(摄氏度);

     A 为覆铜的截面积,单位为平方 mil;

     I 为容许的最大电流,单位为 A(安培)。

   4.7 PMIC(PF8X00)处理

     4.7.1 各路 DCDC 的输入要打尽量多的过孔连接到供电网络,特别是 DCDC1~4 的输入端。

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图 2.8 DCDC(P5V)输入电源

         4.7.2 DCDC 输入电源的去耦电容靠近 PMIC 端,输出电容靠近电感端,并保证电容负极端有足够的地过孔,

             保证去耦效果。

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图 2.9 DCDC 去耦电容过孔

          4.7.3 由于 DCDC1~4 是供给 S32V234 的 Core 电压,所以电源网络必须做尽量宽的覆铜处理,

             有利于减少阻抗和增强散热效果。

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图 2.10 DCDC1~4 输出覆铜处理

 4.7.4 PF8X00 EPAD 焊盘上至少有 4*4 个 0.4-0.2mm 的过孔,以增强芯片的散热效果。

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图 2.11 EPAD 焊盘上的散热过孔

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图 2.12 PF8X00 建议焊盘孔排列

      如需具体的技术交流讨论,请在 大大通 上关注我,并给我留言。

    【参考文献】:

     1. 《 AN5349_S32V234_Hardware_Design_Guide 》

     2. 《 PF8x00 》

*本文由盖世汽车大V说专栏作者撰写,他们为本文的真实性和中立性负责,观点仅代表个人,不代表盖世汽车。本文版权归原创作者和盖世汽车所有,禁止转载,违规转载法律必究。

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