MCP16701 PMIC 测评分享——近距离感受芯片

gaoshanmicai 发表于 2025-8-22 11:54

<code>有幸参加21ic microchips电源开发板测试活动对 Microchip 的 MCP16701 电源管理集成电路 (PMIC) 进行了全面测评。这款 PMIC 专为高性能 MPU、FPGA 和 AI 应用设计，集成了多个降压稳压器和 LDO，强调高效、紧凑和动态调节能力。测评基于 EV23P28A 评估板，结合实际搭建、调试和对比测试。以下重点围绕用户指定的内容展开，分享我的亲身经历和见解。测评环境包括一台 Windows 10PC、Microchip 的开发工具，以及一些基本硬件如示波器和多用表，信号发生器。旨在评估其开发板的一些性能。</code>
<h3>PCB开发板硬件</h3>
<img src="data/attachment/forum/202508/22/112744xvkkudzc54n8xsl4.png" alt="boardshell.png" title="boardshell.png" />
开发板是一款是一个96mmX96mm的板子，有9路Vout接线柱。接线柱布局在板子的四周，非常方便测试。板子的引脚全部解出来。重要的信号状态检测印记都在板子侧用插针引出来。可以很方便的使用工具来检查芯片的状态。相关的buck电路的SW都有相关的测试点，示波器的钩针可以方便挂住。如果不用外接稳压电源，通过跳线也可以切换的usb给芯片供电。I2C引脚也留有插针做，这样可以用外接芯片来控制这款PMIC。1路输入在板子的下侧，可以看到一颗大的电解电容。是WE的330uF电解电容 
电容参数
<img src="data/attachment/forum/202508/22/112831p6a0zaf2cgc664tw.png" alt="330uF.png" title="330uF.png" />
<code>芯片周围的器件，首先能看到比较大的几个电感L2，L1，L4</code>
<img src="data/attachment/forum/202508/22/112906hd1puuqd1pqunhzd.png" alt="TDK2.png" title="TDK2.png" /> 
<code>L1 电感参数</code> 
<img src="data/attachment/forum/202508/22/112954i95ophk878tpzz78.png" alt="TDK1.png" title="TDK1.png" /> 
<code>L2 电感参数 </code>
<img src="data/attachment/forum/202508/22/112953prm1utw1zmrbdy1b.png" alt="murata.png" title="murata.png" /> 
<code>L3~L4 电感参数 </code>
Vout1234 的电流最大可以输出6A ，厂家选件0.47uH，额定电流在14.7 。Vout56 3A厂家选件1uH 
额定电流4.4A Vout7 Vout8 在1.5A 厂家选择1uH额定电流2A，留足了预留 
板子上留了2个对于负载快速变化的测试电流
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113117r91ng9mcokzcakpu.png" alt="test1.png" title="test1.png" />
<h3>开发板 PCB Layout 工艺与设计分析</h3>
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113157c303zkkzz8uk4p01.png" alt="Layout.png" title="Layout.png" /> 
<code>测试板一个4层的FR4板子。</code>
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113157qm6k1cfzfu1hck3h.png" alt="layer.png" title="layer.png" />
板子的内电层与表层铜皮都是一样的35um，电源板常规操作。 
从实测 EV23P28A 的 Layout 可以看到：
<ol>
<li>核心芯片区域布局紧凑 
MCP16701 位于板中心，外围电感、电容紧贴芯片引脚放置，符合高频升压电路的最优布局原则 
电感与芯片 SW 引脚的连接铜皮加粗，减小寄生电感与电阻，提升效率并降低纹波。</li>
<li>电源走线与分区合理 
输入与输出大电流路径采用粗铜（红色走线宽度明显大于信号线），并保持短直走线，降低功率损耗。 
电源与信号部分有明显分区，减少了开关噪声对控制信号的干扰。</li>
<li>大面积接地与散热优化 
底层蓝色区域为连续接地平面，芯片下方有大面积铺铜接地，并通过多颗过孔与底层 GND 平面连接，改善散热与 EMI 性能。 
芯片底部焊盘与地平面热焊盘直接连通，有助于散热。</li>
<li>过孔与回流路径设计 
电感、输出电容附近有密集的接地过孔，形成低阻回流路径，有效减少环路面积，提高抗干扰能力。 
电源路径的过孔数量充足，降低了多层之间的阻抗。</li>
<li>扩展与调试接口板上留有多组排针接口，方便测量、调试和功能扩展。 
测试点分布合理，可以方便地测量输入、输出、电感节点等关键波形 
开发板是在足够大的板子上布局，散热，EMI灯都能做到很好的平衡。加入实际使用的过程中，可以参考开发版， 
做一些取舍以适应自己的需求。</li>
</ol>
<h3>搭建环境：从零开始的开发设置</h3>
搭建 MCP16701 的开发环境相对直观，但需要一些前期准备工作。首先，我从 Microchip 官网 (www.microchip.com) 查找并下载了相关资源。MCP16701 的产品页面提供了数据手册、技术规格和应用笔记，这些是必备的参考材料。我特别下载了《MCP16701 datasheet》，其中详细说明了引脚定义、电气特性、推荐电路和 I²C 寄存器映射。
接下来是安装驱动和软件工具。EV23P28A 板通过 USB Type-C 接口连接 PC，需要安装 MCP2221A USB-to-I²C 桥接器驱动。Microchip 提供了一个统一的驱动包 (MCP2221 Utility)，我从官网的 "Development Tools" https://ww1.microchip.com/downloads/aemDocuments/documents/APID/ProductDocuments/BoardDesignFiles/I2C-Monitor.zip 
部分下载了最新版本V10.2.0.0。安装过程简单：运行 .exe 文件，遵循向导完成 USB 驱动配置。完成后，我验证了设备管理器中是否出现 "MCP2221 USB-I²C/UART Combo" 设备。 
软件方面，我使用了 Microchip 的 I²C Monitor GUI 工具，这是免费的图形界面，用于配置 PMIC 的寄存器、调整输出电压和监控状态。该工具可从 EV75W27A 编程板页面下载（EV75W27A 是可选的编程适配器，但我直接用评估板上的接口）。此外，我安装了 MPLAB X IDE (v6.20) 以编写 I²C 控制代码，虽然 MCP16701 不需要复杂的固件，但 IDE 有助于模拟和调试。参考资源还包括 Microchip 的技术论坛 (bbs.21ic.com) 和官网等教程视频，我搜索了 "MCP16701 EV23P28A Setup"，找到了几段官方演示，帮助我快速上手。
总体搭建步骤：
下载数据手册和用户指南 (EV23P28A User Guide)。 
安装 MCP2221 驱动和 I²C GUI 工具。 
连接评估板到 PC (USB Type-C)，供电输入 5V DC。 
用跳线帽吧VSYS与 EN 引脚连接 
通过 GUI 加载默认配置文件，验证 LED 指示灯亮起。（默认配置当负载过大或者出现错误 LED灯会亮起, 
当错误消除后LED灯熄灭）
调试体验：遇到的挑战与解决方案，以及改进建议 
刚开始我尝试调节VOUT的输出电压，但是都没有把目标值写进去 
后来发现必须线使能I2C 写入数据才能对芯片进行写入操作
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113438qsbbbgprgb6pplpd.png" alt="writeEnable.png" title="writeEnable.png" />
测试设备： IT8511B+的电子负载仪器，安泰信的DCDC直流稳压电源： 
设定电子负载为恒流6A，Buck1-4的VSET1 设定为3.0V。直流稳压电源输出5.00V左右。 
这边用万用表测量Vout1234 的视数是2.998V ，VSYS的输入电压经过那个导线到到开发板的接线柱是4.29V 
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113513eu6cwtdu2rwwx5rw.png" alt="buck1.png" title="buck1.png" /> 
开发板的buck1设定图
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113547hyifejskkakeonke.png" alt="hL1.png" title="hL1.png" />
负载仪与直流稳压电压输出的设定 
下图是测量VSYST引脚输入与Vout1234 引脚输出的情况
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113643iz7edzd7c2yn7ddn.png" alt="Vout1.png" title="Vout1.png" /> 
Vout1234 引脚输出电压
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113643egxx7xt81vzg8tgj.png" alt="Vin1.png" title="Vin1.png" /> 
VSYST引脚电压
下面是芯片以3V 6A向外输出。工作20分钟后的芯片体表温度
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113737u6isj9jziui83xyo.jpeg" alt="IMG000010.jpeg" title="IMG000010.jpeg" />
温度还是上升挺快的。
buck 相位调节 
我使用的是Buck7与Buck8 进行观测，我将示波器的两路通道接到SW7（通道1）与SW8（通道2）上面观测相位的变化
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113837t4xs4mf4l7fz5x4d.png" alt="cfg1.png" title="cfg1.png" /> 
软件上的设定 
下面是Buck7设定 0 然后Buck8设定成0，90，180，270 用示波器观测到的波形<img src="data/attachment/forum/202508/22/113904fkhj8buz5jv5vrc8.png" alt="0.png" title="0.png" />
0度时两个波形都是2Mhz的频率
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113933nj95bddlld65lj79.png" alt="90.png" title="90.png" /> 
90度时,可以看到通道2有些移动
<img src="data/attachment/forum/202508/22/113953mlmlmiwftryf3lmv.png" alt="180.png" title="180.png" /> 
180度
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114007ulytgaqpi1f8zi7r.png" alt="270.png" title="270.png" /> 
270度
<h3>测试 LDO输出精度</h3>
这边测试OUT1的LDO的输出。通过软件设定1.000，1.0125 ，1.025 三个值然后用电压表观测电压的输出情况
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114058cs1hh19p59va9hze.png" alt="1_0.png" title="1_0.png" />
1.000V输出
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114112vvueg4u524gxggn8.png" alt="1_0125.png" title="1_0125.png" /> 
1.0125V 输出 
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114126rc9w24y29yo49kg4.png" alt="1_025.png" title="1_025.png" />
1.025输出 
结论： 
通过观测LDO输出精度还是很准的 
MCP16701（EV23P28A）评估板提供的电路可实现负载瞬态测试，具有快速的电流上升时间以及快速且可控的下降时间。这是通过快速导通、可控关断的 MOSFET 开关（Q3 和 Q4）来实现的。这些 MOSFET 必须由外部信号发生器驱动，对于 Bucks1234，信号发生器连接到 J30；对于 LDO 控制器，连接到 J58，且需使用方波（建议低电平为 0V，高电平为 5V-6V）。可以通过调整驱动电平来改变 Q3/Q4 的开关速度，但建议在调整后务必确保 MOSFET 在稳定后能完全导通和关断，同时不超过其栅源电压额定值。默认情况下，Bucks1234 的电阻 R32 为 0.33Ω，功率耗散额定值为 1W。LDO 控制器的 R36 电阻为 2W，功率耗散额定值为 1W。切勿超过这些电阻的功率耗散极限，这一点至关重要。 
使用波形发生器按下面配置
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114227z2psgwvvk0z0fzvh.png" alt="scram1.png" title="scram1.png" />
然后用示波器观察输出
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114257n8my7bdguul9ye78.png" alt="output1.png" title="output1.png" /> 
输出还是比较稳定的
对于LDO的动态负载测试 
在执行 LDO 控制器的负载阶跃前需注意：LDO_CNT_OUT 设置为 1.05V。在标准配置下，即 R36 为 2Ω 且功率耗散额定值为 1W 时，将达到最大占空比。不过，若提高 LDO 控制器的输出电压（最高至 1.6V），则信号发生器的占空比需根据式手册中提供的值是 78.1% 计算。 
波形发生器配置
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114313ls1sf1cf1n5s21vc.png" alt="scream2.png" title="scream2.png" />
用示波器观察 1.05输出波形
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114456fqx5a5eqsd5rsqex.png" alt="1_05.png" title="1_05.png" />
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114510bi87z8vv8vviat7e.png" alt="1_30.png" title="1_30.png" /> 
这里我在软件设定是1.6 但是实际测试的电压是1.3V，可能那个地方没有设置对
<h3>LDO过流保护测试</h3>
让LDO1 输出大于300mA的电流，观测LDO的过流保护。这里设置负载仪恒流490mA 
这里可以观察到板子的红色led灯亮起然后，观察I2C GUI的 LDO1的状态。可以看到ILIM的状态变成红色
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114645v21rn2nv1yfdbccf.png" alt="overcurrent1.png" title="overcurrent1.png" />
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114645m20j51129j99b08u.png" alt="LED_TurnON.png" title="LED_TurnON.png" />
漏极开路瞬态发生器在测试极低输出电压时特别有用，因为在这种情况下，很多有源负载无法良好工作，而外部负载板所能实现的电流上升时间会受到杂散电感的限制。这段是引用开发板手册的，具体还是带进一步测试
<h3>DCDC过流保护测试</h3>
让Buck7输出大于1500mA的电流，观测LDO的过流保护。这里设置负载仪恒流我开始设置成恒流2A不会出现过流，当设置成2.9A时 
这里可以观察到板子的红色led灯亮起然后，观察I2C GUI的 Buck7的状态。可以看到ILIM的状态变成红色
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114706id6638g009meeqgd.png" alt="DCDC_OV.png" title="DCDC_OV.png" /> 
当负载关闭后在读取buck7的状态
<img src="data/attachment/forum/202508/22/114721vbctxyxxsscxxscr.png" alt="ovAfter.png" title="ovAfter.png" /> 
<img src="ovAfter.png" alt="ov" /> 
POK与SSDONE回复正常，但是ILIM与HICUP还是报红，这是清除一些错误即可恢复
<h3>体验</h3>
Microchip 的产品和开发环境整体优秀，但有改进空间：一是 GUI 工具界面不够现代化，缺乏实时波形监控功能 (需额外集成示波器软件)；二是文档中缺少更多实际案例代码 (如linux驱动代码等)，迫使用户自行编写。建议 Microchip 增强在线模拟器支持，并提供更多开源示例项目，以降低入门门槛。相比其他厂商如 TI 的 WEBENCH 工具，Microchip 的生态稍显滞后。 
对比测试：与竞品的性能较量 
我将 MCP16701 EV23P28A 和 Rockchip RK809 的对应评估板参数进行了对比测试。 
效率与功耗：MCP16701 BUCK在 1.5A 负载下效率达 86%，，RK809 效率 84% 
噪声与精度：MCP16701 为 60µV，和 RK809 (100µV)。电压精度方面，MCP16701 (±0.8%) 相当。 
集成度与尺寸：MCP16701 的 8x8mm 封装集成 13 通道，减少 48% PCB 面积，RK809 是7X7mm，布局上差不多 
价格：MCP16701 贵一些。
<h3>总结</h3>
总体，MCP16701 电源的精度，还有控制做的很好。 
通过测评，我深刻感受到 MCP16701 的主要特性——高集成度 (8 Buck + 4 LDO + 控制器)、细粒度 DVS (12.5mV 步进) 和全面保护机制 (可编程中断/复位)——将为我FPGA项目带来显著好处。首先，高集成减少了元件数量和 PCB 复杂度，在我的 FPGA项目中，可节省 30% 空间，便于小型化部署。其次，DVS 允许动态调整电压以匹配负载变化，例如在 FPGA 推理模式下从 0.8V 升至 1.2V，提升 20% 能效 
我计划利用这些特性：在项目中并联 Buck 通道提供 6A 核心电源，通过 I²C 与 MCU 集成，实现实时监控和故障自愈 (如热预警触发降频)。保护机制将增强系统可靠性，减少 downtime。此外，其兼容 Microchip FPGA (如 PolarFire) 的优化，让我能无缝集成，避免跨厂商兼容问题。总体而言，MCP16701 平衡了性能与简易性，是 FPGA 电源设计的理想选择，但希望 Microchip 进一步完善工具生态以加速开发。

huangcunxiake 发表于 2025-8-27 09:50

这种PCB上搞很宽，对接引脚其实还是很窄，那么不会导致发热不均匀吗

huangcunxiake 发表于 2025-8-27 09:50

不过话说回来，整体上电路的压力小了。更顺畅了。

小岛西岸来信 发表于 2025-8-27 10:42

MCP16701 PMIC 专为高性能 MPU、FPGA 和 AI 应用设计，集成 8 个 1.5A 降压转换器、4 个 300mA LDO 及控制器。它采用 8×8mm VQFN 封装，高集成度可减少 PCB 面积。效率高，在 1.5A 负载下可达 86%，电压精度 ±0.8%，噪声低至 60µV。

wangwu1976@ 发表于 2025-9-2 08:26

总体感觉还可以。

ntaaq18 发表于 2025-9-14 11:22

设计得很漂亮，效果看上期很好

rrss 发表于 2025-9-22 17:14

感觉还可以啊

gaoshanmicai 发表于 2025-9-23 11:05

huangcunxiake 发表于 2025-8-27 09:50
这种PCB上搞很宽，对接引脚其实还是很窄，那么不会导致发热不均匀吗

引脚够粗能够流过很大电流。测试发热量还可以

gaoshanmicai 发表于 2025-9-23 11:18

wangwu1976@ 发表于 2025-9-2 08:26
总体感觉还可以。

是的。很容易上手

gaoshanmicai 发表于 2025-9-23 11:18

rrss 发表于 2025-9-22 17:14
感觉还可以啊

是的，有上位机，测试点留的也很多。很方便测试

波尔街道的松柏 发表于 2025-9-26 12:07

MCP16701 PMIC 近距离测评，核心亮点是集成度高，单芯片含多通道 LDO 与 DC-DC，省 PCB 空间；输出纹波低，实测空载仅几 mV，适配敏感电路。但也有不足，最大输出电流有限，高负载下温升略明显，且外围需配特定电容才能稳定。整体适合中低功耗嵌入式设备，性价比突出。

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