資料介紹
隨著電子技術的發展及新器件的不斷涌現,電子系統在手持設備、便攜醫療儀器以及野外測試儀器等領域得到了廣泛的應用。在這些領域的應用中,由于客觀條件的限制,通常采用電池或蓄電池為儀器設備提供電源。在這種情況下,如要實現系統長時間工作,必然對儀器設備系統功耗的要求較高,因此低功耗系統的設計在這些應用領域中得到廣泛重視。
1 TMS320VC5509簡介
TMS320VC5509(以下簡稱VC5509)是德州儀器(TI)公司針對低功耗應用領域推出的一款低功耗高性能DSP,采用1.6V的核心電壓以及3.3V的外圍接口電壓,最低可支持0.9V的核心電壓以0.05mW/MIP的低功耗運行。VC5509支持豐富的外設接口,最高支持144MHz的時鐘頻率,片內具有雙乘累加器,每周期可執行一條指令或兩條并行指令,具有高達288MIPS的處理能力。VC5509內部存儲器采用統一編址,帶有128K字RAM,其中包括32K字雙存取RAM(DARAM)以及96K字單存取RAM(SARAM),另外還有64KB片內只讀ROM,并可以實現高達4MB的外部存儲空間擴展,是一款具有較高性價比的低功耗DSP芯片。VC5509的結構框圖如圖1所示。
2 系統設計與實現
本系統要求實現四通道同步采樣,每通道采樣頻率為50kHz,系統供電為+5V,全速運行時整體功耗低于250mW。針對這些技術指標,本系統以低功耗DSP芯片TMS320VC5509為核心,采用串行EEPROM作為程序存儲器,選用四片微功耗12位ADC實現四個通道模擬信號的同步采集。系統中設計鐵電存儲器(FRAM)作為掉電保護數據存儲器,并設計一個異步串口實現與外部系統的通訊。系統原理框圖如圖2所示。
在保證實現系統功能的前提下,本系統從以下幾個方面進行低功耗的設計:低功耗器件的選擇;高效率的電源設計;系統工作模式以及接口設計。
2.1 低功耗器件的選擇以及接口設計
模擬通道信號輸入A/D轉換芯片之前,需要對信號進行一定的調整。可以利用運放構成同相放大電路。這里使用的是TI公司的TLV2761。TLV2761是一款帶關斷功能的微功耗運放,工作電流僅為20μA,關斷時電流可低至10nA,TLV2761采用CMOS軌對軌輸入輸出,是專為電池供電等低功耗系統而設計的。
A/D轉換芯片采用的是Analog Device的AD7854L。AD7854L是一款高速、低功耗的12位并行ADC,采樣頻率可以達到100ksps,采用3V~5V單電源供電,靜態工作電流最大為1.8mA,關斷模式下電流僅1μA。AD7854L支持單極性輸入及準差分輸入,單極性輸入的精度略高于差分輸入。該芯片采用CMOS工藝,正常工作時典型功耗為5.4mW,關斷模式下功耗僅為3.6μW。
1 TMS320VC5509簡介
TMS320VC5509(以下簡稱VC5509)是德州儀器(TI)公司針對低功耗應用領域推出的一款低功耗高性能DSP,采用1.6V的核心電壓以及3.3V的外圍接口電壓,最低可支持0.9V的核心電壓以0.05mW/MIP的低功耗運行。VC5509支持豐富的外設接口,最高支持144MHz的時鐘頻率,片內具有雙乘累加器,每周期可執行一條指令或兩條并行指令,具有高達288MIPS的處理能力。VC5509內部存儲器采用統一編址,帶有128K字RAM,其中包括32K字雙存取RAM(DARAM)以及96K字單存取RAM(SARAM),另外還有64KB片內只讀ROM,并可以實現高達4MB的外部存儲空間擴展,是一款具有較高性價比的低功耗DSP芯片。VC5509的結構框圖如圖1所示。
2 系統設計與實現
本系統要求實現四通道同步采樣,每通道采樣頻率為50kHz,系統供電為+5V,全速運行時整體功耗低于250mW。針對這些技術指標,本系統以低功耗DSP芯片TMS320VC5509為核心,采用串行EEPROM作為程序存儲器,選用四片微功耗12位ADC實現四個通道模擬信號的同步采集。系統中設計鐵電存儲器(FRAM)作為掉電保護數據存儲器,并設計一個異步串口實現與外部系統的通訊。系統原理框圖如圖2所示。
在保證實現系統功能的前提下,本系統從以下幾個方面進行低功耗的設計:低功耗器件的選擇;高效率的電源設計;系統工作模式以及接口設計。
2.1 低功耗器件的選擇以及接口設計
模擬通道信號輸入A/D轉換芯片之前,需要對信號進行一定的調整。可以利用運放構成同相放大電路。這里使用的是TI公司的TLV2761。TLV2761是一款帶關斷功能的微功耗運放,工作電流僅為20μA,關斷時電流可低至10nA,TLV2761采用CMOS軌對軌輸入輸出,是專為電池供電等低功耗系統而設計的。
A/D轉換芯片采用的是Analog Device的AD7854L。AD7854L是一款高速、低功耗的12位并行ADC,采樣頻率可以達到100ksps,采用3V~5V單電源供電,靜態工作電流最大為1.8mA,關斷模式下電流僅1μA。AD7854L支持單極性輸入及準差分輸入,單極性輸入的精度略高于差分輸入。該芯片采用CMOS工藝,正常工作時典型功耗為5.4mW,關斷模式下功耗僅為3.6μW。
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