PMP23227 技術解析：基于 TI 穩(wěn)壓器的 AMD Versal? VE2302 電源樹完整參考設計
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一、概述
隨著邊緣 AI 與異構計算的快速發(fā)展，SoC 的電源架構設計已成為系統(tǒng)可靠性與性能的關鍵。AMD 的 Versal Edge AI 系列（如 VE2302）采用高度集成的自適應計算架構，內(nèi)含推理加速器、可編程邏輯、嵌入式 CPU 子系統(tǒng)和高速接口，因此對電源軌數(shù)量、電流能力、噪聲指標與時序均提出嚴格要求。
TI 提供的參考設計 PMP23227 面向 AMD VE2302 器件，展示了如何通過 TI 的穩(wěn)壓器 IC 構建一個完整、可靠、符合 AMD 推薦策略的電源輸送系統(tǒng)（Power Delivery Network，PDN）。設計嚴格遵循 AMD 的“最少電源軌整合（Minimum Rails）”方案，通過對關鍵電源軌進行整合和優(yōu)化，在滿足 VE2302 性能需求的同時，降低 BOM 復雜度并提升系統(tǒng)功率密度。
值得注意的是，AMD 要求開發(fā)者在評估任何應用場景的功耗時必須使用 Power Design Manager (PDM) 工具。本參考設計使用的負載配置與電源軌電流，基于 PDM 所提供的典型示例功耗估算。若目標器件、外設或運行場景不同，設計人員應重新通過 PDM 獲取電流、電壓裕量和時序約束。
PMP23227 設計不僅適用于 VE2302，也可以作為構建 Versal Edge 系列其他 AI 邊緣器件電源樹 的基礎模板，在工程實踐中具備較高的擴展性。
系統(tǒng)電源輸入一般為 8V–18V，典型 DC 電源或汽車輸入條件均可適用，總供電能力 約 50W，覆蓋 VE2302 從核心域到外設域的完整供電需求。
二、設計核心特性
結合原文信息與 TI 提供的完整資料，PMP23227 的關鍵特性可總結為：
1. 覆蓋 VE2302 運行所需的全部電源軌
包括核心電源、SoC 輔助電源、I/O 電源、SerDes 電源，以及偏置與監(jiān)控所需的小電流軌。設計嚴格按照 AMD 的“Minimum Rails”整合結構，減少電源軌數(shù)量的同時保持各域噪聲與動態(tài)電流性能。
2. 前端保護（Front-End Protection）全面可靠
設計中包含完整的輸入電源保護功能，包括：
UVLO（欠壓鎖定）
OVLO（過壓鎖定）
過流保護 (OCP)
反極性保護（Reverse Polarity Protection）
這些前端保護特別適用于車載、工業(yè)等電源環(huán)境復雜的場景。
3. 5V 降壓前置穩(wěn)壓器（Buck Pre-Regulator）
輸入 8–18V 首先經(jīng)過一個高效率同步降壓穩(wěn)壓器轉換至 5V 中間母線，再逐級提供更低電壓軌。其作用包括：
降低多路 DC/DC 轉換器的壓差，使效率提升
提供電流均衡（current balancing）
統(tǒng)一電源管理，提高整體系統(tǒng)熱性能
4. 電壓監(jiān)控方式靈活
PMP23227 提供兩種監(jiān)控方案：
高度集成的可編程 PMIC（如 LP8769-Q1 等）：適用于對時序嚴格、軌數(shù)多的系統(tǒng)
分立式專用電壓監(jiān)控器 IC（如 TPS3890 系列）：適合成本敏感或結構緊湊的設計
開發(fā)者可按照 VE2302 電源時序要求（Power Good、Reset、Start-up sequence）靈活選型。
三、電源軌結構與輸出能力
以下列出 PMP23227 提供的主要電源軌以及其標稱能力。（數(shù)值來自 TI 頁面與示例參數(shù)）
| 電源軌編號 | 輸出電壓 | 最大電流 | 功率估算 | 穩(wěn)壓器類型 |
|---|---|---|---|---|
| Rail 1 | 5.0 V | 12 A | 60 W | 高壓同步 Buck（前級穩(wěn)壓器） |
| Rail 2 | 0.8 V | 39 A | 31.2 W | 多相同步 Buck（核心域） |
| Rail 3 | 1.0 V | 3 A | 3 W | 集成式同步 Buck |
| Rail 4 | 1.5 V | 1.1 A | 1.65 W | 集成式同步 Buck |
| Rail 5 | 0.88 V | 0.7 A | 0.6 W | 集成式 Buck |
| Rail 6 | 1.2 V | 1.3 A | 1.56 W | 集成式 Buck |
| Rail 7 | 1.5 V | 50 mA | 0.075 W | 拓撲簡單偏置軌 |
| Rail 8 | 12 V | 12.5 A | 150 W | Buck / LDO / OR’ing 組合 |
| Rail 9 | 3.3 V | 12 mA | 0.04 W | LDO 偏置軌 |
這些軌通常對應：
VCCINT / AI 核心
VCCBRAM
VCCPS（Processor Subsystem）
高速接口 / PLL 電源
偏置、時鐘、輔助邏輯等低功耗域
該設計提供足夠的裕量，應對 VE2302 在全負載與動態(tài)切換過程中的電流脈動（transient response）。
四、主要 TI 器件選型邏輯
參考設計使用 TI 的高可靠性穩(wěn)壓器與監(jiān)控 IC，使系統(tǒng)兼具高效率、低噪聲與穩(wěn)定性。
1. 前端保護與理想二極管控制器
如 LM74910-Q1，提供反接保護、OVLO/UVLO 與過流保護。
適合輸入噪聲大、負載波動強的工業(yè)與車載應用。
2. 多相高電流同步 Buck 控制器
用于 0.8V / 39A 核心軌，滿足 VE2302 的高速運算與 AI 加速需求。
采用外置 MOSFET 結構以提高效率與散熱性能。
3. 集成式同步 Buck 轉換器
用于中小電流軌，包括 1.0V、1.2V、1.5V 等輔助電源。
特點：體積小、響應快、布局簡單。
4. LDO（低噪聲偏置軌）
如 TPS746-Q1，用于低噪聲模擬域、電源監(jiān)控器供電、復位電源等高 PSRR 需求場景。
5. PMIC 或分立監(jiān)控器
實現(xiàn)關鍵電源軌的時序與保護，確保 VE2302 的啟動順序符合 AMD 要求。
五、應用價值與工程意義
PMP23227 的工程價值不僅在于展示 VE2302 如何供電，更在于提供一條完整、易遷移、經(jīng)過驗證的 PDN 架構，使設計者能夠：
快速構建電源樹原型
減少軌數(shù)、降低 BOM 成本
安全實現(xiàn)復雜 SoC 的電源時序
提升設計在汽車級、工業(yè)級環(huán)境下的魯棒性
以此為模板向更大或更小型號的 Versal Edge AI 系列擴展
TI 提供的原理圖、PCB、Gerber、BOM 與測試報告也使方案可直接應用于量產(chǎn)前設計評估。
六、總結
PMP23227 是一套高度工程化的參考設計，完整展示了如何采用 TI 穩(wěn)壓器 IC 構建 AMD VE2302 的電源樹。設計特點包括：
覆蓋全部必要電源軌
前端保護完善
采用 5V 中間母線提升系統(tǒng)效率
提供 PMIC/分立兩種電壓監(jiān)控方案
基于 AMD PDM 工具的功耗估算
輸入范圍 8–18V，總功率約 50W
可推廣到其他 Versal Edge AI 系列器件
該設計為開發(fā)者提供了可直接借鑒的電源架構藍本，顯著降低設計復雜度，加速系統(tǒng)落地。
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