CXSB6643 双路3+2相多相同步Buck控制器
Rail A 3/2/1/0相 | Rail B 2/1/0相 | PMBus v1.3 | 0.25V-1.516V

产品版本：Rev 1.0 | 更新日期：2026年8月 | 型号：CXSB6643 | 封装：WQFN-48L（7×7mm）

嘉泰姆电子（JTM-IC）推出的 CXSB6643 是一款高度集成的双路输出多相同步 Buck 控制器，专为网络系统、电信/数据通信、服务器以及 FPGA/ASIC/DSP 等核心电源应用设计。该芯片包含两个独立电压轨：Rail A（3/2/1/0 相可配置） 和 Rail B（2/1/0 相可配置），采用 Richtek 专有的 G-NAVP（Green Native AVP） 拓扑，结合电流模式恒定导通时间控制与有限直流增益误差放大器，实现轻松的自适应电压定位（AVP）负载线设计。CXSB6643 支持 0.25V 至 1.516V 的输出电压范围（步进 1.953mV），内置高精度 ADC 用于平台与功能设置，并通过 PMBus v1.3 兼容串行接口 实现灵活的数字控制与监测。芯片集成 自适应快速响应（AQR） 和 绝对快速响应（ABS_QR） 机制，显著优化负载瞬态性能并减少输出电容。CXSB6643 提供完整的故障保护功能，包括过压（OV）、欠压（UV）、慢速过流（SLOW_OC）、快速过流（FAST_OC）、过温（OT）和输入欠压锁定（UVLO），并支持 非易失性存储器（NVM） 存储用户配置，是高可靠性多路电源管理的理想选择。

1. 产品概述与市场定位

在现代网络交换机、基站、服务器主板以及高性能 FPGA 加速卡中，核心电源往往需要同时为多个负载（如 CPU 内核、I/O 接口、DDR 内存等）提供高效、精确且可动态调整的供电。CXSB6643 作为一款 双路多相同步 Buck 控制器，其核心优势在于 灵活的相数配置（Rail A 支持 3/2/1/0 相，Rail B 支持 2/1/0 相） 和 先进的 G-NAVP 控制拓扑。通过双路独立控制，CXSB6643 可以同时满足两个不同电压/电流需求的核心负载，减少系统级芯片数量，简化 PCB 布局。芯片的 PMBus 数字接口 允许主机实时调整输出电压（VOUT_COMMAND）、转换速率、保护阈值等参数，并读取输出电压、电流和温度等遥测数据，实现智能电源管理。

与传统模拟控制器相比，CXSB6643 的 G-NAVP 拓扑在轻载和重载条件下均能保持优异的效率，其 自适应快速响应（AQR） 机制可检测输出压降的斜率，动态调整 PWM 脉冲宽度，大幅提升负载瞬态响应速度，减少输出电容需求。芯片支持 电压型（V-type）和电流型（I-type）SPS 两种电流检测方式，兼容市面上主流智能功率级，为系统设计提供极大的灵活性。CXSB6643 内置的 高精度 ADC 用于引脚设置（PMBus 地址、VBOOT 电压、SPS 类型、负载线使能等），节省了外部电阻网络，提高了集成度。该芯片是高端通信和计算平台电源管理的理想选择。

2. 主要特点与技术亮点

• G-NAVP 控制模式：基于电流模式恒定导通时间控制，具有有限直流增益误差放大器和直流偏移消除，实现简单负载线设计和快速瞬态响应。
• 灵活相位配置：Rail A 可配置为 3、2、1 或 0 相；Rail B 可配置为 2、1 或 0 相。未使用的相位可通过将相应 ISENxP 引脚接 VCC 来禁用。
• PMBus 数字接口：符合 PMBus v1.3 规范，支持 1MHz 总线速度，提供 PAGE、OPERATION、VOUT_COMMAND、VOUT_TRANSITION_RATE 等丰富命令集，支持 SMBALERT# 中断。
• 输出电压范围与精度：DAC 输出范围 0.25V 至 1.516V，步长 1.953mV。VOUT_COMMAND 可动态更改，转换速率可编程（1/4/8/16 mV/μs）。
• 自适应快速响应 (AQR) 与绝对快速响应 (ABS_QR)：AQR 适用于负载线系统，检测输出电压下降斜率并触发快速响应；ABS_QR 适用于零负载线系统，检测电压绝对值跌落。两种机制均能显著减少输出电容。
• 可编程负载线 (RLL)：通过设置 Ai 增益和误差放大器增益 (REA2/REA1) 实现负载线斜率调整，满足 CPU/微处理器 AVP 要求。
• 电流检测与平衡：支持电压型（5mV/A）和电流型（5μA/A）SPS，内置数字电流平衡功能，可编程增益优化热平衡。
• 遥测功能：8 位 ADC 连续监测 VOUT、IOUT（总电流）和温度（TSEN），结果存入 READ_VOUT、READ_IOUT、READ_TEMPERATURE_1 寄存器，支持校准。
• 完整保护：包括 VIN UVLO（可编程阈值）、OVP（三种行为：HiZ、软关断、低侧导通）、UVP、SLOW_OCP（可编程延迟）、FAST_OCP（预相位）、OTP/OT 警告，响应模式可选：锁存、重启（hiccup）或忽略。
• 非易失性存储器 (NVM)：用户配置可写入 NVM，上电自动加载，简化系统初始化。
• VBOOT 引脚编程：通过 VBOOTA0/B0/A1/B1/A2/B2 引脚外接电阻分压设置 27 种启动电压（0.602V~1.211V）。

3. 典型应用电路

CXSB6643 的典型应用电路包括：VCC（5V）供电，VIN（12V 分压检测），两路独立的功率级（Rail A 和 Rail B），每路由对应的 PWM 输出（PWMA1-3、PWMB1-2）驱动外部 DrMOS 或 SPS，差分远程检测（VSENA/RGNDA、VSENB/RGNDB），电流检测（ISENxP/N），温度检测（TSENA/B），以及 PMBus 通信（SCL/SDA）和状态指示（VR_READYA/B、VR_HOT#）。通过 SET1、SETA1、SETB1 引脚电阻配置 PMBus 地址、SPS 类型和负载线使能。

图1. 典型应用电路（CXSB6643 双路3+2相多相同步 Buck 控制器）

4. 引脚封装图

图2. CXSB6643 引脚封装图（WQFN-48L 7×7mm 顶部视图）

5. 极限参数与电气特性（设计参考）

6. 工作原理与设计指导

6.1 G-NAVP 控制拓扑

CXSB6643 采用 Richtek 专有的 G-NAVP（Green Native AVP） 控制拓扑，它源于电流模式恒定导通时间控制，结合了误差放大器的有限直流增益和直流偏移消除。该拓扑实现了以下优势：

• 易于负载线设计：通过简单的电阻网络即可设置输出电压随负载电流的垂降斜率（负载线），满足 CPU/微处理器 AVP 要求。
• 高直流精度：内部偏移消除确保输出电压精度。
• 快速瞬态响应：恒定导通时间控制配合快速响应机制（AQR/ABS_QR），可在负载突变时立即调整 PWM 脉冲，减少输出电容。
• 自适应导通时间：TON 随输入电压和 DAC 电压自适应调整，优化全范围效率。

6.2 PMBus 数字接口与配置

CXSB6643 通过 PMBus v1.3 兼容串行接口 实现全面数字控制。关键配置包括：

• 输出电压设置：通过 VOUT_COMMAND（21h）命令设置目标电压，范围 0.25V~1.516V，步进 1.953mV。VOUT_MAX（24h）和 VOUT_MIN（2Bh）限定了安全范围。
• 转换速率：VOUT_TRANSITION_RATE（27h）命令设置动态电压调整时的压摆率（1/4/8/16 mV/μs）。
• 启动时序：TON_DELAY（60h）和 TON_RISE（61h）控制上电延迟和软启动时间；TOFF_DELAY（64h）和 TOFF_FALL（65h）控制关断时序。
• 保护阈值：OV/UV/OC/OT 阈值均可通过 PMBus 命令独立设置，响应模式（锁存/重启/忽略）可编程。
• 遥测：READ_VOUT（8Bh）、READ_IOUT（8Ch）、READ_TEMPERATURE_1（8Dh）提供实时监测数据。
• NVM 存储：通过 STORE_USER_ALL（15h）和 RESTORE_USER_ALL（16h）命令将用户配置保存至非易失性存储器，实现上电自动加载。

PMBus 地址通过 SET1 和 SETA1 引脚电阻组合选择，支持 16 个地址（0x68~0x77），详见数据手册 Table 2。

6.3 自适应快速响应 (AQR) 与绝对快速响应 (ABS_QR)

CXSB6643 提供了两种快速响应机制以优化瞬态性能：

• 自适应快速响应 (AQR)：适用于有负载线（RLL>0）的系统。AQR 检测输出电压的下降斜率（dVSEN/dt），当斜率超过可编程阈值时，触发快速响应，强制所有相位同时导通，脉冲宽度自适应于负载阶跃大小，有效抑制电压跌落。
• 绝对快速响应 (ABS_QR)：适用于零负载线（RLL=0）的系统。ABS_QR 检测输出电压的绝对跌落值，当跌落超过阈值（可编程，15mV+步进5mV）时，触发快速响应，所有 PWM 同时导通。

这两种机制均能显著减少所需输出电容，提高系统动态响应能力。相关参数可通过 MFR_AQR（D8h）和 MFR_ABS_QR（DFh）寄存器调整。

6.4 负载线 (Load-Line) 设置

负载线（下垂）功能使输出电压随负载电流增加而线性下降，实现自适应电压定位，有助于节省功耗和减少输出电容。CXSB6643 的负载线斜率 RLL 可通过以下公式计算：

其中 Ai 为电流增益，通过 MFR_Load_Line（DDh）寄存器选择（0.25~1.0），REA2/REA1 为误差放大器增益（建议 2.5~3.5）。

6.5 电流检测与 SPS 接口

CXSB6643 支持两种 SPS（智能功率级）电流报告方式：

• 电压型 (V-type)：SPS 输出 5mV/A 的电压信号。内部通过电阻分压（0.25 倍）匹配放大器输入范围（-40mV~400mV）。
• 电流型 (I-type)：SPS 输出 5μA/A 的电流信号。外部需接 RIMON（建议 249Ω）将电流转换为电压，放大器输入范围 -10mV~100mV。

SPS 类型和负载线使能通过 SETA1、SETB1 和 SET1 引脚电阻配置。芯片内部的电流平衡功能可独立调整各相增益（MFR_PHx_Current_Balance_Gain，D0h~D2h），实现热均衡。

6.6 保护机制与响应

• VIN UVLO：通过 VIN_ON（35h）和 VIN_OFF（36h）设置欠压保护阈值，输入电压低于 VIN_OFF 时关闭转换。
• OVP（过压）：三种行为可选 – HiZ 关断（高阻）、软关断（DAC 缓慢下降）、低侧 MOSFET 导通（强制拉低输出电压）。响应模式可设为锁存、重启或忽略。
• UVP（欠压）：检测 VSEN 电压低于 UVP 阈值（3μs 去抖），触发关断，响应模式可编程。
• SLOW_OCP（慢速过流）：监测总输出电流，延迟时间可编程（20/32/44/56μs），超过阈值触发保护。
• FAST_OCP（快速过流）：监测每相峰值电流（50/60/70/80A 可选），在启动或瞬态期间快速响应，防止短路损坏。
• OTP（过温）：通过 TSEN 引脚监测外部温度，OT_FAULT 阈值可编程，触发后可选锁存/重启/忽略。OT_WARNING 仅发出 VR_HOT# 警告，不关断。
• SPS_FAULT：检测 SPS 的故障报告引脚（TSEN 电压超过 2.24V），触发后重启。

所有故障的响应模式（锁存/重启/忽略）均可通过相应 PMBus 命令（如 VOUT_OV_FAULT_RESPONSE 41h，IOUT_SLOW_OC_FAULT_RESPONSE 47h 等）灵活配置。

7. 基于 CXSB6643 的服务器主板电源设计实例

设计目标：一款服务器主板，需要为 FPGA 核心（Rail A）提供 0.9V/80A 电源，同时为 DDR4 内存（Rail B）提供 1.2V/20A 电源。输入电压 12V，要求 PMBus 控制，支持动态电压调节和遥测。

• 系统配置：选用 CXSB6643，VCC=5V，VIN 分压至 2.5V（对应 12V）。Rail A 配置为 3 相（最大 80A），Rail B 配置为 1 相（20A）。通过 ISENA3P 正常连接，ISENA2P 和 ISENA1P 保持连接；Rail B 仅使用 PWMB1，ISENB2P 接 VCC 禁用第二相。
• SPS 选择：选用电流型 SPS（I-type），RIMON=249Ω。SETA1 和 SETB1 电阻配置为 I-type 模式，SET1 设定 PMBus 地址为 0x70（7-bit）。
• VBOOT 设置：Rail A 需要 0.9V 启动电压，Rail B 需要 1.2V。根据 Table 1 选择对应电阻组合（例如 0.906V 和 1.188V 对应值）。
• PMBus 参数：通过 VOUT_COMMAND 设置目标电压，VOUT_TRANSITION_RATE 设为 4mV/μs。SLOW_OCP 阈值设为总电流限制（Rail A 100A，Rail B 25A），FAST_OCP 每相 70A。OT_FAULT 设为 125°C，OT_WARN 设为 110°C。
• 负载线：Rail A 启用负载线（RLL=1.5mΩ），通过 MFR_Load_Line 设置 Ai 和误差放大器增益实现。Rail B 无需负载线。
• 保护响应：所有故障均设为重启（hiccup）模式，以增强系统容错性。

8. PCB 布局建议

• 功率回路最小化：每相功率级（SPS、电感、输出电容）尽量紧凑，减少寄生参数。VIN 和 PGND 平面应宽且低阻抗。
• 差分远程检测：VSENx 和 RGNDx 应作为差分对从负载点（如 FPGA 或 DDR 芯片）以开尔文方式走线至控制器，避免大电流路径干扰。
• 电流检测走线：ISENxP/N 和 SPS 之间的差分走线应短而对称，避免噪声耦合。RIMON（I-type SPS）靠近控制器放置。
• PMBus 通信：SCL/SDA 走线远离功率级，上拉电阻（2.2kΩ~10kΩ）靠近控制器。SMBALERT# 和 VR_READY 也需上拉。
• VCC 去耦：VCC 引脚需 1μF 陶瓷电容靠近放置，PWM_VCC 需 0.1μF+4.7μF 组合。
• VIN 分压电阻：VIN 引脚的分压电阻应靠近控制器，确保检测精度。
• VBOOT 电阻：VBOOTAx/Bx 引脚的下拉电阻应使用 1% 精度，靠近控制器。
• 散热设计：Exposed Pad 必须焊接至大面积地平面，并采用多个过孔散热。WQFN-48L 7×7 封装的 θ_JA 为 26.5°C/W，在 T_A=25°C 时最大功耗约 3.77W。

9. 订购信息与技术支持

CXSB6643 采用 WQFN-48L（7×7mm）封装，无铅、RoHS 合规。嘉泰姆电子提供工程样品、量产芯片及全面的技术支持，包括评估板、参考设计和 FAE 现场支持。如需了解更多产品信息或获取设计支持，请访问嘉泰姆电子官网或联系我们的技术支持团队。