DSP应用系统的电源解决方案

2014-8-12 15:36:13 3488 电源

0 DSP应用系统的电源解决方案华航电源科技由于DSP系统工作频率高，数据吞吐量大，功耗也相对较高，供电系统的好坏将直接影响到开发的系统稳定性，所以设计出高效率、高性能的供电系统具有极其重要的意义。本节主要叙述了基于DSP应用系统的电源设计，简要地介绍了TMS320C6000系列DSP的电源要求及ti公司的TPS6205X系列电压变换器芯片，并给出了产生内核电压和周边接口电压的具体电路，还讨论了某些元器件的选型，讲述了两种电源供电顺序的实现方法及电源的监控和复位电路。 1. TMS320C6000系列DSP的电源指标 TI公司的TMS320C6000系列DSP需要CVdd和DVdd两种电源，分别给内核和周边I/O接口供电，如TMS320C6711C 要求内核电压为1.9V，周边I/O接口电压为3.3V，而TMS320C6711B则要求内核电压为1.8V，周边I/O口电压为3.3V。正是因为DSP 系统中需要两种电源，所以必须考虑它们的配合问题。在加电过程中，如果只有内核获得供电，周边没有得到供电，对芯片不会产生任何损害，只是没有输入/输出能力而已；相反，如果周边I/O接口得到供电而内核稍后加电，有可能会导致DSP和外围引脚同时作为输出端，此时如果双方输出的值是相反的，那么两输出端就会因反向驱动可能出现大电流，这将影响器件的使用寿命，甚至损坏器件。同样，在关闭电源时，如果内核先掉电，也有可能产生大电流。因此，在加电过程中，应当保证内核电源CVdd先加上，最晚也应当与周边I/O接口电源DVdd同时加。关闭电源时，先关DVdd，再关CVdd。为了保证TMS320C6000芯片在电源未达到要求的电平时，不会产生不受控制的状态，所以有必要在系统中加入电源监控和复位电路。由该电路确保TMS320C6000芯片在系统加电的过程中，始终处于复位状态，直到CVdd和DVdd达到所要求的电平。同时，一旦电源的电压降到门限值以下，强制芯片进入复位状态，确保系统稳定地工作。 2. TPS6205X变换器 TPS6205X系列是一个带有N沟道和P沟道MOS开关管的同步脉宽调制降压式电压变换器。同步校正电路不仅减少了外围器件，而且还提高了转换效率，其转换效率超过了95%。为了在大的负载电流范围内保持高的转换效率，芯片在轻载时会进入节能的脉冲频率调制模式，其典型的工作频率为850kHz，同时它还可以与600kHz～1.2MHz的外部时钟保持同步，以便满足不同的需求。TPS6205X有一个内置的软启动电路，主要是为了防止在加电时电流过冲而影响变换器的性能。此外，TPS6205X 还有使能端和过温保护功能，当EN=0 时，它将处于关闭状态，此时功率管、驱动器、电压参考电路和振荡器等电路都处于不工作状态，使静态电流小于2µA；当TPS6205X温度高于门限值时，它将会自动关闭；一旦温度低于门限值，又会重新进入工作状态。其各引脚功能如下： ①EN：使能端，低电平时处于关闭状态； ②FB：固定电压输出的反馈引脚； ③GND和PGND：地引脚； ④VIN：电压输入引脚； ⑤LBI 和LBO：低电压输入、输出； ⑥PG：“power good”信号输出引脚； ⑦SW：接输出电感引脚； ⑧SYNC：同步信号引脚，当其为低电平时处于节能模式，高电平时工作在低噪声模式。 3. 内核电压CVdd的产生本节主要以TMS320C6711C为例来设计供电系统，其CVdd为1.9V, DVdd为3.3V。输出1.9V的电压可以用芯片TPS62056来产生，它可以输出0.7V～6V可调电压，具体电路从PG接到芯片TPS62056的EN引脚上，这是为了满足供电顺序的要求。（1）阻容元件的确定从图4-9中可以看出，R1和R2组成一个电阻分压网络，为了在小电流时获得高的转换效率，R1+R2的值应在100kw～1Mw范围内，可以取R1=420kw，R2=150kw。由于变换器常有一个脉动的输入电流，为了获得更好的输入电压且减少对其他电路的干扰，输入端需要接一个低等效串联电阻的钽金属电容，其值不应小于10µF。为了达到更好的性能，输出端分别也要接一个低等效串联电阻的电容Co和Cf。（2）电感的选择 SW引脚和一个电感相连，其最小值应为10µH，大于22µH或小于10µH的电感将导致系统工作不稳定，这是由于芯片内部调整器的补偿所致。同时还应该考虑它的另外两个参数：电感的额定电流和直流电阻。电感的直流电阻将直接影响电压变换器的效率，低的直流电阻将获得高的转换效率；而电感的额定电流应大于最大输出电流与电感的波纹电流之和。当然，也可以用一个更保守的办法，那就是选TPS62056的最大开关电流作为其额定电流（1.3A）。这可以选用TDK公司的SLF7045T—100M1R3。其电感值为10µH，直流电阻为36mw，饱和电流为1.3A。 4. 周边电压DVdd的产生输出3.3V的电压可以直接用芯片TPS62056来产生，并且不需要分压电阻网络，如图4-10所示。同样，电感和电容的选择也可以遵循上面的原则，注意到PG应接往DSP芯片的复位引脚EX RES。 5. 内核和周边I/O接口的电源供电顺序的实现要实现内核和周边I/O接口的电源供电顺序，最简单的办法是利用TPS62050中PG和 EN信号来控制，如图4-11所示。加电时，由于TPS62050输出电压小于1.805V（正常值的95%），PG 信号输出低电平，TPS62056处于关闭状态。当TPS62050输出电压高于1.805V时，PG信号变为高电平，TPS62056才开始工作，保证了内核先加电；在关闭电源时，由于TPS62050输出电压降到小于1.805V，PG信号输出低电平，关断了TPS62056给周边I/O接口供电，保证了周边接口先掉电，满足供电顺序的要求。电源监控和复位电路是采用TI公司的TPS3307—33来实现的。这个芯片的特点是，它可以同时监测3个独立的电压，即3.3V/5V/可调电压（其对应的门限值分别为4.55V、2.93V和1.25V）。其中，可调端（SEN3）引脚允许监测大于1.25V的电压。只要其自身的供电电压在1.1V以上，并且被监测的3个电压有一个低于其门限值时，就可以保证输出有效的信号；当它们的值都高于门限值时，信号才变为高电平。另外，它还有一个手动复位信号，电路如图4-12所示。图4-12中，与门（AND）的1脚信号来自TPS62056的PG输出信号，TPS3307—33的6脚信号RES闲置。由该电源系统的实验测试情况可以看出，它具有功耗低、动态响应快、转换效率高、稳定性好及输出电压波纹小的特点。当然，本系统还可以与1.2MHz外部时钟保持同步，使动态响应更快。由于以上特点，该电源系统特别适合给TI 公司的TMS320C6000系列DSP芯片供电。更多相关知识请访问华航电源科技。 0
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