ADAS 域控制器硬件 | PF5020 硬件设计指南

PF502x 系列是NXP推出的一款多通道电源管理芯片,其安全等级达到了ASIL-B。 PF502x 适用于各种应用,包括信息娱乐、ADAS、Vision和雷达,既可作为独立电源解决方案,也可作为另一个NXP PMIC(如PF8200)或SBC(如FS8500)的配套产品。 下面就来介绍下系列中的其中一款 - PF5020 的特点,以及PF5020 应用在 ADAS 域控制器的硬件设计时需要注意的点。

一、芯片介绍

1. 概述

PF5020 是NXP推出的 PF502x 系列中的一款,整个 PF502x 系列目前一共有三款分别是:PF5020、PF5023 和 PF5024,它们除了输出资源有区别外基本特性都是相同的,且是 Pin 对 Pin 兼容的,具体框图及区别如下图:

         

PF5020 主要性能特征如下:

  • 三路高效降压转换器
  • 一路可切换为负开关的线性调整器
  • 一路开关/线性调整器提供给 RTC 电源
  • 符合ASIL-B安全级别
  • 支持 OTP,用于灵活的设备配置
  • 40-pin 6x6 QFN 日

2. PF5020 内部框图如下:




3. PF5020 功能框图如下:





4. 进一步和管道的脚介绍

PF5020 日数为 HVQFN40(SOT618-14),其引引脚分布图如下:





二、模块功能简介
1. VSNVS

VSNVS 是一个 10 mA 的 LDO/switch,用于为处理器中的 RTC 域供电。 VSNVS 在其输入源 VIN 正常的情况下可以在各种状态下保持其输出,包括系统开机、关机、复位等。 它可以通过寄存器 OTP_VSNVSVOLT[1:0] 来配置其输出电压,具体配置如下表:




2. SW 1 & 2

2.1 BUCK 模式

SW 1 & 2 是两个低压稳压器,输入电压为 2.5 V 到 5.5V,输出电压为 0.4V 到 1.8V,电压调整步进为 6.25 mV。 每个稳压器输出为 2.5A。

其内部及应用框图如下图:  

         


各稳压器分别通过寄存器 VSWx_RUN[7:0] 来设定其在"Run"模式下的输出压电,

"VSWx_STBY[7:0] 来设定其在"Standby"模式下的输出电压。 如下图:

         

2.2 SW 1 & 2 双相模式

SW 1 & 2 可以配置成双相模式,在这种模式下,由 SW1 的寄存器控制输出电压和其他配置。 同样,SW1FB 引脚成为过数式电压轨的主要反馈节点,但是两个 FB 引脚应该连接在一起。

寄存器 OTP_SW1CONFIG[1:0] 用来设定 SW1 & 2 的工作模式,如下图:

         

2.3  SW2 VTT 模式

SW2 提供了一个可选择的 VTT 模式来为 DDR 存储器创建 VTT。 当 SW2_VTTEN = 1 时,将启用 VTT 模式。 在这种模式下,SW2 参考电压从内部通过一个 2 分频器连接到 SW1FB 输出。 通过 OTP_VTT_PDOWN 控制其输出使能。


3. SWND1。

SWND1 是一个低压降压稳压器,输入电压为 2.5 V 到 5.5 V,输出电压为 1.0V 到 4.1V,其内部及应用框图如下图:





4. LDO1

LDO1 是一个低压差线性稳压器,其具有以下几个长度:




5. 典型应用图









三、 硬件设计指南


1. 原理图 和 BOM 建议




2. PCB 叠层建议

PF502x PMIC 是一种高功率密度 PMIC,具有多个I/O功能和信号。 因此,布局必须根据功率和噪声灵敏度进行优化。 推荐使用 6 层板设计(两层 GND 在中间),也可以根据改变层数,以下为 6 层板的堆栈参考:
         

 

  • PCB Layout 建议
  • 所有与开关稳压器(SWx)相关的部件必须靠近稳压器,并尽量使用短而宽的导线连接引脚。
  • 所有输入电容,包括旁路电容,尽量靠近芯片的 SWxIN 引脚和 GND 之间,输入保证电流路径中的寄生电感最小,以及电流回路更短。
  • 所有的输出电容都必须放置在离尔不远的地方,同时也要放置在离负载最佳的位置。 输出电容必须提供足够的散热通孔到GND层。
  • SWxFB 引脚必须用细导线连接到输出电容附近,并且须通过内部信号层走线,以屏蔽外部噪声。 在多相配置中,建议将所有反馈管脚连接在一起。
  • 连接 SWxLX 引脚和输出电感器的线路是一个最关键功率线路,它必须尽可能的短和宽,以减少功率损耗。
  • 对于多相配置,确保所有的建议在所有的调节器之间得到对称的遵循。

 

本期的《PF5020 硬件设计指南》到这里就结束了,值得注意的是:同 FS85 系列一样,PF5020 也支持 OTP 自定义烧录配置,且不同的是目前 PF5020 只有提供到"A0"版本,意味着目前它没有针对于特定应用的特定版本,这也符合了 PF502x 系列芯片的定位 – 轻量化、灵活搭配。 可以配合自定义 OTP 配置灵活的搭配组合以满足各种系统电源的需求。

 

PF5020 的 OTP 制作及烧录方法与 FS85 系列相似,具体可以参考往期博文《FS85 OTP 文件设计指南》以及《FS85 OTP 文件烧录指南》,对应的工具可以前往 NXP PF5020 专区下载:

https://www.nxp.com.cn/products/power-management/pmics-and-sbcs/pmics/multi-channel-5-pmic-for-automotive-applications-4-high-power-and-1-low-power-fit-for-asil-b-safety-level:PF5020?tab=Design_Tools_Tab。


此外,我们也会推出更多关于 ADAS 设计开发和调试的文章,如:ADAS 算法、i.MX8,S32V,DN 系列,Hi3559AV100,Hi3518EV300,Hi3566** 等。 如果需要更深入交流的,欢迎关注我给我留言。

 

参考资料】:
 
(1)PF5020 数据手册:《
PF5020 - Power management integrated circuit (PMIC) for high performance applications (REV 1.0)

(2)PF5020 设计指南:《AN12825 - PF502x device design guideline (REV 1)

 

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