【ADAS 域控制器硬件设计】PF8200 硬件设计指南

关键字 :NXPPF8200

         PF8100/PF8200 系列 PMIC 是专为高性能处理应用而设计,如信息娱乐、车载信息服务、仪表板、车辆网络、ADAS、视图和传感器融合等产品应用。

PF8x 系列 PMIC 目前提供两个版本来满足不同的市场需求:

  • 带功能安全的 PF8200,符合 ISO-26262 标准,为 ASIL-B (D) 汽车应用提供强大而灵活的解决方案。
  • PF8100 是该产品的基础版本,具有能源管理和数字控制功能,没有功能安全,适用于不需要符合 ASIL-B 规范的系统。

        该系列适用于基于 i.MX 8、i.MX 8X 和 S32V 处理器的应用,并适用于为 Layerscape LS1043A 和其他高性能处理器供电。它拥有 7 路高效的降压转换器和 4 路线性稳压器,为处理器、存储器和其他外设供电。

 
1. 芯片介绍

1.1 概述

        PF8200 是 NXP 推出的 PF8x00 系列中的一款,整个 PF8x00 系列目前一共有两款分别是:PF8100 和 PF8200,它们主要区别就在于功能安全上(PF8200 为 ASIL-B 等级),硬件上是 Pin 对 Pin 兼容的。

PF8200 主要性能特征如下:

  • 7 路高效的降压转换器
  • 4 路(带负载开关选项的)线性稳压器
  • RTC 电源和纽扣电池充电器
  • 看门狗定时器/监控器
  • ASIL-B 安全等级
  • 一次性可编程(OTP)器件配置
  • 4 MHz I2C 通信接口
  • 56-Pin 8 x 8 QFN 封装

1.2 PF8200 内部框图

1.3 PF8200 功能框图

1.4 封装及管脚介绍

        PF8200 封装为 HVQFN56,其封装引脚分布图如下:

2. 模块功能简介

2.1 State machine 简介

        PF8100/PF8200 为无缝处理器接口提供了一种最先进的状态机。状态机处理 IC 的启动,提供故障监视和报告,并在故障情况下保护 IC 和系统。

状态机框图如下:

2.2 VSNVS LDO/switch

        VSNVS 是一个 10 mA LDO/switch,它可以给处理器中的 RTC 域供电。在使用 i.MX 8 处理器的系统中,它也可以给 MPU 的 VDD_SNVS_IN 供电。它是由 VIN 以及外部纽扣电池二选一(自动根据输入条件判断),并且可以通过寄存器设置输出电压。

其内部框图如下图:

2.2 Buck regulators (SW1-6 & SW7)

        PF8100/PF8200 具有 7 路低压调节器,其中 SW1-6 的输入电源范围 2.5-5.5 V 、输出电压范围 0.4-1.8 V,且可以以 6.25 mV 步进调节。每路调压器都能提供 2.5 A 并具有可编程软启动和用于系统功率优化的 DVS 斜坡调节。

        还有一路独立的低压调节器 SW7,其输入电源范围 2.5-5.5 V 、输出电压范围 1.0-4.1 V

内部及应用框图如下图:

 

其中 SW1 – SW6 还有几种特殊模式如下:

  • SW6 可以支持 VTT 模式。
  • SW1-6 可以组成多相模式,包括两相、三相及四相。

(具体使用方法请查看 DATASHEET_15.4.2_Multiphase operation 章节)

2.3 Linear regulators

        PF8100/PF8200 有四路 LDO,具有以下特点:

     

        其内部及应用框图如下图:

 
3. 硬件设计指南

3.1 原理图参考设计如图(主要分为三部分,包括未使用的引脚处理方式):

① PMIC control signals:

  • 原理图参考设计如下图所示:

  • 未使用引脚处理如下图所示:

② PMIC LDO regulators:
  • 原理图参考设计如下图所示:

  • 未使用引脚处理如下图所示:

③ PMIC switching regulators
  • 原理图参考设计如下图所示:

  • 未使用引脚处理如下图所示:

3.2 PCB 叠层建议

        PF81/82 PMIC 系列 pinout 的定义使它可以在最小为四层板中布置。但是,建议至少用六层板,以提供适当的屏蔽和接地,以减少接地回路,确保正常运行。

3.3 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,保证输入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集成电路不远的地方,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关键的功率线路,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。

Switching regulators 布局以及走线示意:

 

        本期的《PF8200 硬件设计指南》到这里就结束了,同 PF5020 系列一样,PF8200 也支持 OTP 自定义烧录配置,烧录方法大同小异,只要按照官方的操作说明来就可以了,只是用到的工具和软件不同,以下给到了具体的链接:

 



注:部分资源下载需要注册 NXP 账户登入后才可以


4. 参考资料

    ① PF8x00 数据手册:《PF8100_PF8200, 12-channel power management integrated circuit for high performance applications - Data sheet (REV 10)


    ② PF8x 设计指南:《AN12286, Hardware design guidelines for PF81/82 PMIC family- Application note (REV 2.0)

 

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