資料介紹
摘要:在由高性能數(shù)字信號處理器構(gòu)建的系統(tǒng)中,供電模塊的設(shè)計是很重要的一個部分。以ADSP-TSl01為例,對應(yīng)用電源芯片TPS54312和TPS54616設(shè)計出符合要求的供電模塊進行了詳細(xì)介紹。首先對3種供電方式進行了對比和原理上的介紹,然后介紹了這兩款芯片的性能,并詳細(xì)介紹了如何利用這兩款芯片進行原理圖的設(shè)計以滿足功耗、上電次序等設(shè)計要求,同時利用TI電源設(shè)計輔助軟件swift designer進行分析和仿真。經(jīng)實驗,設(shè)計完全符合系統(tǒng)供電要求。
關(guān)鍵詞:高性能數(shù)字信號處理器;swift designer;電源設(shè)計;TPS54312
l 引 言
隨著近年來芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展,以及市場對高性能數(shù)字信號處理器的需求,新的功能更強,速度更快,功耗更低的數(shù)字信號處理器(DSP)產(chǎn)品不斷推出,給電路設(shè)計帶來了極大的方便。但與此同時,這些高性能器件的使用對供電模塊的設(shè)計提出了更高的要求。高效、穩(wěn)定、滿足上電次序的供電模塊設(shè)計具有重要意義,將直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定,甚至整個系統(tǒng)的實現(xiàn)。
當(dāng)前,DSP、FPGA等芯片的供電方式主要有3種:采用線性電源芯片,采用開關(guān)電源芯片,采用電源模塊。這3種方式的一個總體對比如表1所示。
線性電源的基本原理是根據(jù)負(fù)載電阻的變化情況來調(diào)節(jié)自身的內(nèi)阻,從而保證輸出端的電壓在要求的范圍之內(nèi)。由于采用線性調(diào)節(jié)原理,瞬態(tài)特性好,本質(zhì)上沒有輸出紋波。但隨著輸入輸出電壓差的增大或是輸出電流增加,芯片發(fā)熱會成比例增加,因此線性電源要求有較好的散熱處理控制。線性電源的輸入電流接近于輸出電流,它的效率(輸出功率/輸入功率)接近于輸出/輸入電壓比。因此,壓差是一個非常重要的性能,因為更低的壓差意味著更高的效率。LDO線性電源的低壓差特性有利于改善電路的總體效率。線性電源對電流輸入較小的應(yīng)用系統(tǒng)提供了一種體積小、廉價的設(shè)計方案。
開關(guān)電源利用磁場儲能,無論升壓、降壓或是兩者同時進行,都可以實現(xiàn)相當(dāng)高的變換效率。由于變換效率高,因此發(fā)熱很小,散熱處理得以簡化。又由于是開關(guān)穩(wěn)壓器電源,與LDO線性電源相比,DC/DC調(diào)整器輸出紋波電壓較大、瞬時恢復(fù)時間較慢、容易產(chǎn)生電磁干擾(EMI)。要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源,關(guān)鍵在于電路設(shè)計,尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。因此在三種電源設(shè)計方案中,開關(guān)電源的設(shè)計要較另兩種電源設(shè)計方案復(fù)雜。但由于開關(guān)電源設(shè)計靈活,耗熱小,成本也較低,在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計中,仍不失一種較好的選擇。
電源模塊原理上講是個開關(guān)穩(wěn)壓器,效率非常高。相對于普通開關(guān)穩(wěn)壓器,它的集成度更高,外圍只需要一個輸入電容和一個輸出電容即能工作,設(shè)計簡便,適合D要求開發(fā)周期非常短的應(yīng)用。
2 芯片選型和功能介紹
由于ADSPTSl01信號處理部分僅是整個系統(tǒng)的一個子部分,結(jié)合其他部分的供電要求,F(xiàn)PGA芯片采用ATERA公司的EPlCl2F324,IO電壓3.3 V,內(nèi)核電壓1.5 V,ADSPTS101的IO供電壓3.3V,內(nèi)核電壓1.2V。其中EPlCl2F324對上電次序的要求并不是太嚴(yán)格,電源設(shè)計較為簡單,采用AS2830一1.5電源芯片即可達到要求。而ADSPTSl01對上電次序有較為嚴(yán)格的要求,當(dāng)上電次序沒有達到要求時,既使上電后進行復(fù)位初始化后,初始狀態(tài)仍然可能不對。因此,系統(tǒng)電源部分設(shè)計的重點在于滿足ADSPTS101的上電要求。當(dāng)然,采用電源模塊,如PT6944芯片可以滿足設(shè)計要求,但基于開關(guān)電源和電源模塊的比較優(yōu)勢,本系統(tǒng)采用開關(guān)電源進行設(shè)計。采用的電源芯片為TI公司的TPS54616和TPS54312。
TPS54616是一款TI公司推出的適合DSP,F(xiàn)PGA,ASIC等多芯片系統(tǒng)供電的電源芯片,是一款低電壓輸入、大電流輸出的同步降壓DC/DC調(diào)整器,內(nèi)含30MQ、12 A峰值電流的MOSFET開關(guān)管,最大可輸出6A電流。輸出電壓固定3.3V,誤差率為1%。開關(guān)頻率可固定在350 kHz或550 kHz,也可以在280 kHz到700 kHz之間調(diào)整。另外,它還具有限流電路、低壓閉鎖電路和過熱關(guān)斷電路。
TPS54312也同樣是TI推出的一款低電壓輸入,大電流輸出的同步降壓DC/DC調(diào)整器。所不同的是,TPS54312對于連續(xù)3 A的電流高效輸出,集成的MOS-FET開關(guān)管為60MQ,同時其固定電壓輸出為1.2V。
另外,TPS54616和TPS54312均采用集成化設(shè)計,減少了元件數(shù)量和體積,因此,可廣泛用于低電壓輸入、大電流輸出的分散電源系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞:高性能數(shù)字信號處理器;swift designer;電源設(shè)計;TPS54312
l 引 言
隨著近年來芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展,以及市場對高性能數(shù)字信號處理器的需求,新的功能更強,速度更快,功耗更低的數(shù)字信號處理器(DSP)產(chǎn)品不斷推出,給電路設(shè)計帶來了極大的方便。但與此同時,這些高性能器件的使用對供電模塊的設(shè)計提出了更高的要求。高效、穩(wěn)定、滿足上電次序的供電模塊設(shè)計具有重要意義,將直接影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定,甚至整個系統(tǒng)的實現(xiàn)。
當(dāng)前,DSP、FPGA等芯片的供電方式主要有3種:采用線性電源芯片,采用開關(guān)電源芯片,采用電源模塊。這3種方式的一個總體對比如表1所示。
線性電源的基本原理是根據(jù)負(fù)載電阻的變化情況來調(diào)節(jié)自身的內(nèi)阻,從而保證輸出端的電壓在要求的范圍之內(nèi)。由于采用線性調(diào)節(jié)原理,瞬態(tài)特性好,本質(zhì)上沒有輸出紋波。但隨著輸入輸出電壓差的增大或是輸出電流增加,芯片發(fā)熱會成比例增加,因此線性電源要求有較好的散熱處理控制。線性電源的輸入電流接近于輸出電流,它的效率(輸出功率/輸入功率)接近于輸出/輸入電壓比。因此,壓差是一個非常重要的性能,因為更低的壓差意味著更高的效率。LDO線性電源的低壓差特性有利于改善電路的總體效率。線性電源對電流輸入較小的應(yīng)用系統(tǒng)提供了一種體積小、廉價的設(shè)計方案。
開關(guān)電源利用磁場儲能,無論升壓、降壓或是兩者同時進行,都可以實現(xiàn)相當(dāng)高的變換效率。由于變換效率高,因此發(fā)熱很小,散熱處理得以簡化。又由于是開關(guān)穩(wěn)壓器電源,與LDO線性電源相比,DC/DC調(diào)整器輸出紋波電壓較大、瞬時恢復(fù)時間較慢、容易產(chǎn)生電磁干擾(EMI)。要取得低紋波、低EMI、低噪聲的電源,關(guān)鍵在于電路設(shè)計,尤其是輸入/輸出電容、輸出電感的選擇和布局。因此在三種電源設(shè)計方案中,開關(guān)電源的設(shè)計要較另兩種電源設(shè)計方案復(fù)雜。但由于開關(guān)電源設(shè)計靈活,耗熱小,成本也較低,在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計中,仍不失一種較好的選擇。
電源模塊原理上講是個開關(guān)穩(wěn)壓器,效率非常高。相對于普通開關(guān)穩(wěn)壓器,它的集成度更高,外圍只需要一個輸入電容和一個輸出電容即能工作,設(shè)計簡便,適合D要求開發(fā)周期非常短的應(yīng)用。
2 芯片選型和功能介紹
由于ADSPTSl01信號處理部分僅是整個系統(tǒng)的一個子部分,結(jié)合其他部分的供電要求,F(xiàn)PGA芯片采用ATERA公司的EPlCl2F324,IO電壓3.3 V,內(nèi)核電壓1.5 V,ADSPTS101的IO供電壓3.3V,內(nèi)核電壓1.2V。其中EPlCl2F324對上電次序的要求并不是太嚴(yán)格,電源設(shè)計較為簡單,采用AS2830一1.5電源芯片即可達到要求。而ADSPTSl01對上電次序有較為嚴(yán)格的要求,當(dāng)上電次序沒有達到要求時,既使上電后進行復(fù)位初始化后,初始狀態(tài)仍然可能不對。因此,系統(tǒng)電源部分設(shè)計的重點在于滿足ADSPTS101的上電要求。當(dāng)然,采用電源模塊,如PT6944芯片可以滿足設(shè)計要求,但基于開關(guān)電源和電源模塊的比較優(yōu)勢,本系統(tǒng)采用開關(guān)電源進行設(shè)計。采用的電源芯片為TI公司的TPS54616和TPS54312。
TPS54616是一款TI公司推出的適合DSP,F(xiàn)PGA,ASIC等多芯片系統(tǒng)供電的電源芯片,是一款低電壓輸入、大電流輸出的同步降壓DC/DC調(diào)整器,內(nèi)含30MQ、12 A峰值電流的MOSFET開關(guān)管,最大可輸出6A電流。輸出電壓固定3.3V,誤差率為1%。開關(guān)頻率可固定在350 kHz或550 kHz,也可以在280 kHz到700 kHz之間調(diào)整。另外,它還具有限流電路、低壓閉鎖電路和過熱關(guān)斷電路。
TPS54312也同樣是TI推出的一款低電壓輸入,大電流輸出的同步降壓DC/DC調(diào)整器。所不同的是,TPS54312對于連續(xù)3 A的電流高效輸出,集成的MOS-FET開關(guān)管為60MQ,同時其固定電壓輸出為1.2V。
另外,TPS54616和TPS54312均采用集成化設(shè)計,減少了元件數(shù)量和體積,因此,可廣泛用于低電壓輸入、大電流輸出的分散電源系統(tǒng)中。
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