NXP i.MX RT1010 电源模块硬件设计指南

 一、概述

i.MX RT1010 ,这款芯片是真正在中国设计、中国生产的一款芯片,是市场上包括高性能 Arm® Cortex®-M7内核的成本最低的产品 。在 i.MX RT1010中,该内核提供了高性能的实时处理:主频高达500MHz ,它利用128kB 的紧密耦合 SRAM 存储器实现了仅 20ns 的低延迟响应时间。关于该芯片的具体介绍请参考我上一篇博文“NXP 高性价比 MCU i.MX RT1010 的性能和应用介绍”,本文主要介绍的是 NXP i.MX RT1010  电源模块的硬件设计指南以及一些注意事项。



二、电源模块设计介绍

  1. i.MX RT1010 板的 5V 电源可用一组排针统一提供,如下图 1 所示。两个USB接入 5V 后,再接到一组排针上,通过用跳帽连接排针中的两个引脚,将 5V 供到 LDO 和 DCDC, 也可以使用直流 5V 外部电源为 EVK 板供电。不同电源要配置不同的跳线设置。具体情况图 2 所示。
 

图1 总体电源模块实物图

图2 总体电源模块硬件设计图

  1. i.MX RT1010 EVK 板的电源控制逻辑如图 3 所示:
 

图3  i.MX RT1010 EVK电源控制逻辑图

  • 首先,它开启了snvs
  • 然后 PMIC_REQ_ON 打开,使外部 DC/DC 电源打开所有其他电源域。
  • DCDC_PSWITCH 在打开内部 DCDC 时延迟超过1毫秒。
  • DCDC_OUT 输出为 VDD_SOC_IN 提供能量。
  • ON/OFF 按钮用于开关 PMIC_REQ_ON /OFF,以控制电源模式。
  • 复位按钮和 WDOG 输出用于系统电源复位。
  1. i.MX RT1010 EVK 板的各电源参数如图 4 所示:
 

图4  i.MX RT1010 EVK电源参数图

  1. i.MX RT1010 EVK板的各电源设计建议如图5所示:
 

图5  i.MX RT1010 EVK 电源设计建议图

三、注意事项

  1. i.MX RT1010 EVK 板的电源上电时序及建议:

①. 遵守开机/关机顺序指南(如图 6所述),以保证设备的可靠运

行。

任何偏离这些顺序的情况都可能导致以下情况:

  • 上电阶段电流过大
  • 防止设备启动
  • 处理器不可逆转的损坏 (最坏的情况)
 

图6  开关机顺序指南图

②. 不要超载硬币电池备份电源轨道 VDD_SNVS_IN。

这些 I/Os 与 VDD_SNVS_IN 相关联 (大多数输入有片上拉电阻,不需要外接电阻):

  • PMIC_ON_REQ-push-pull 输出
  • TEST_MODE-on-chip 下拉

③. 关于 i.MX RT1010:

  • 当 VDD_SNVS_IN = VDD_HIGH_IN 在 SNVS 域中时,电流相等地从两者提取。
  • 当 VDD_HIGH_IN > VDD_SNVS_IN ,VDD_HIGH_IN 提供所有 SNVS 域电流和流进 VDD_SNVS_IN 的电流为硬币电池充电。
  • 当 VDD_SNVS_IN > VDD_HIGH_IN 时,VDD_SNVS_IN向 SNVS 提供电流,并有少量泄漏电流流 VDD_HIGH_IN。

④. 电源纹波建议为最大纹波电压限制。

纹波噪声的一般限制应小于电源电压平均值的 5% Vp-p。受影

响的相关电源是 VDD_xxx_IN 和 VDD_xxx_CAP 。

⑤. 如果 VDD_SNVS_IN 直接由硬币电池提供,则 VDD_HIGH_IN 和 VDD_SNVS_IN 两者之间需要一个肖特基二极管。另外,如果在系统断电期间不需要实时时钟功能,则可以将 VDD_HIGH_IN和 VDD_SNVS_IN 绑定在一起。

当没有电源供应给 VDD_SNVS_IN 时,二极管将两个片上SNVS 电源域之间的电压差限制在大约 0.3 V 。处理器允许电流在

两个 SNVS 电源域之间根据按比例的电压差流动。

  1. i.MX RT1010 EVK 板的电源上电顺序要求:
  • VDD_SNVS_IN 电源必须在任何其他电源之前打开,或者用VDD_HIGH_IN 电源连接(短路)。
  • 如果一个硬币单元被用来为 VDD_SNVS_IN供电 ,那么确保它是连接在任何其他电源打开之前。
  • 当内部 DCDC 启用时,在 DCDC_IN 稳定后,需要外部延迟电路将“ DCDC_PSWITCH ”信号延迟至少1 毫秒。
  • 在整个开机过程中,POR_B 必须保持低位。
  1. i.MX RT1010 EVK 板的电源掉电顺序要求:
  • VDD_SNVS_IN 电源必须在任何其他电源之后关闭,或者与VDD_HIGH_IN 电源连接(短路)。
  • 如果使用硬币单元来为 VDD_SNVS_IN 供电,那么要确保在关闭任何其他电源后将其移除。
  1. i.MX RT1010 EVK 板的电源上电和掉电时序图如图 7 所示:
 

图7  上电和掉电时序图

  1. i.MX RT1010 内部 DC/DC 开关频率约为 1.5 MHz 。DC/DC 需要外接电感和电容,如下图 8 ,注意以下事项 :
  • 外接电感的推荐值约 4.7µH ~10 µH ,饱和电流 >1A ,

ESR < 0.2 欧姆。

  • 外部的buck电容大约33 µF,包括DCDC_OUT和VDD_SOC_IN上使用的所有电容。
  • DCDC_PSWITCH 对于DCDC_IN 应该延迟1 ms,以保证在 DC/DC 启动之前 DCDC_IN 是稳定的。
  • 如果想绕过内部DC/DC,仍然必须打开DCDC_IN电源。DCDC_PSWITCH 应该接地以禁用 DC/DC , DCDC_LP 应该保持浮动。
  • 试着保持 DC/DC 电流回路尽可能小,以避免电磁干扰问题。
 

图8  内部 DC/DC 图

四、参考资料

  1. MIMXRT1010 硬件开发指南,来源:NXP 官网。
  2. RT1010-Datasheet ,来源:NXP 官网。
  3. MIMXRT1010 用户硬件指南,来源:NXP 官网。

  

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