DSP應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)研究

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所　王劍輝

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DSP應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)研究

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所王劍輝

【摘要】在DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源設(shè)計(jì)是重要的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，直接關(guān)乎DSP系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的好與壞。本文中，以TI公司生產(chǎn)的TPS系列芯片DSP系統(tǒng)為研究對(duì)象，分析了該系列DSP系統(tǒng)的電源需求，并闡述了此系列芯片的電源設(shè)計(jì)方法，旨在為DSP應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】DSP應(yīng)用系統(tǒng)；電源設(shè)計(jì)；供電需求

0　前言

DSP技術(shù)是指數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在高科技數(shù)碼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中有著十分重要的作用。TI公司坐落于美國，其TPS系列芯片的性能優(yōu)異，在DSP市場中應(yīng)用十分廣泛。在DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電源設(shè)計(jì)起著關(guān)鍵性的作用，通常，系統(tǒng)中其他的部分全部設(shè)計(jì)完成之后再進(jìn)行電源設(shè)計(jì)，由此，依據(jù)其他部分的電源需求及具體的器件，能夠準(zhǔn)確的獲知系統(tǒng)需求是電流、電壓信息等，進(jìn)而保證電源系統(tǒng)器件選擇的正確性。

1　TPS系列芯片介紹及系統(tǒng)電源要求

TI公司所生產(chǎn)的TPS系列芯片是一種同步降壓DC/DC調(diào)整器，適用于DSP應(yīng)用系統(tǒng)，具有輸入電壓低、輸出電流大的特點(diǎn)，效率非常高[1]。以TPS54610為例，其內(nèi)部含有MOSFET開關(guān)管，此開關(guān)管的峰值電流可達(dá)12A，輸出電流為6A，輸出電壓為0.9V～3.3V，電壓可根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，精確率約為1%，脈寬調(diào)制頻率具有較好的調(diào)整性；從功能方面看，主要具有三個(gè)方面的功能，一是限流，二是低壓閉鎖，三是過熱斷電，同時(shí)，TPS54601還含有SS/ENA和PWRGD引腳，通過此項(xiàng)功能，啟動(dòng)時(shí)間及順序啟動(dòng)電路均可以進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)，由此，應(yīng)用在DSP系統(tǒng)中時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求可充分滿足，進(jìn)而保證DSP系統(tǒng)平穩(wěn)的運(yùn)行。

在DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)處理器的型號(hào)為TMS320C6416T，該處理器為系統(tǒng)中的核心處理器，內(nèi)核電壓為1.2V，外圍I/O電壓為3.3V，數(shù)據(jù)緩存系統(tǒng)采用IDT70T3539M，該型號(hào)的RAM為雙口。通過仿真計(jì)算和查閱資料，DSP系統(tǒng)所需要的電流最大為1A，基于上述系統(tǒng)需求，進(jìn)行電源設(shè)計(jì)，電源設(shè)計(jì)共包含兩個(gè)大部分，一是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，二是監(jiān)控電路設(shè)計(jì)。

2　電源設(shè)計(jì)方案

2.1供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從DSP應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展來看，基本與集成電路的發(fā)展相同，大部分新型DSP系統(tǒng)工作時(shí)，所需要的電壓為3.3V，然而，當(dāng)前的外圍電路電壓多為5V，因此，在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)，必須要對(duì)外圍電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，以便于滿足系統(tǒng)的電壓需求，轉(zhuǎn)換處理功能通過電壓調(diào)節(jié)器的安裝來實(shí)現(xiàn)[2]。通常，電壓調(diào)節(jié)器由TI公司專門提供，可有效的滿足不同DSP系統(tǒng)的電壓需求。

目前，電壓調(diào)節(jié)器的常用類型比較多，比如線性穩(wěn)壓器LDO，該種電壓調(diào)節(jié)器的輸出方式有兩種，一種為單路輸出，一種雙路輸出，在單路和雙路輸出中，輸入電壓均為5V，但輸出電壓均分為固定及可調(diào)整兩種，從而有效地滿足了DSP系統(tǒng)的電壓要求，但此種類型的電壓調(diào)節(jié)器的效率比較低，這是其突出的缺點(diǎn)。此外，DC/DC控制器、DC/DC控制器聯(lián)合功率開關(guān)和開關(guān)電源模塊均為電壓調(diào)節(jié)器的種類。在這些電壓調(diào)節(jié)器中，輸入的電壓均為5V，屬于直流輸入，且輸出電壓的形式也為直流輸出，不過，每種類型各自具有獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)，在進(jìn)行供電設(shè)計(jì)時(shí)，可依據(jù)DSP系統(tǒng)具體的電源需求來進(jìn)行選擇。

近年來，實(shí)際應(yīng)用DSP系統(tǒng)時(shí)，對(duì)功率的要求逐漸降低，TI公司在設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)時(shí)，順應(yīng)實(shí)際的應(yīng)用趨勢，由此產(chǎn)生了多種多樣的低功耗電路，TPS系列就是此類型電路中的一種，在TPS系列芯片中，電壓可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，即使產(chǎn)品升級(jí)換代，也能夠良好的解決。同時(shí)，在進(jìn)行控制時(shí)，利用滯后控制，獲得的瞬態(tài)響應(yīng)速度非常快。TPS系列芯片為同步降壓電源控制器，帶有開關(guān)模式，電壓輸出可調(diào)節(jié)，且精確度比較高，在單電源供電且電壓為5V的微處理器中，具有良好的應(yīng)用性。電壓引腳所提供的電壓參考范圍為1.3V～5V，由此，依據(jù)系統(tǒng)需求，設(shè)置相應(yīng)的輸出電壓，或者利用采集到的樣品電阻（R2，R3），以參考電壓倍數(shù)的形式設(shè)置輸出電壓，輸出電壓的計(jì)算公式為Vo=（1+R2/R3）[3]。此外，控制器在啟動(dòng)之前，電源輸出可能會(huì)出現(xiàn)偏差，影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而在TPS系列芯片中，含有輸入禁止引腳的功能，由此，即可禁止低電壓，并實(shí)現(xiàn)對(duì)上電順序的控制，避免電源輸出偏差問題，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。

2.2監(jiān)控電路的設(shè)計(jì)

在DSP應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)中，僅僅進(jìn)行供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是不夠的，主要原因是系統(tǒng)工作過程中，嚴(yán)格要求電壓，從而降低電路在長期運(yùn)行中所受到的損害，因此，監(jiān)控電路設(shè)計(jì)是電源設(shè)計(jì)中必不可少的部分。電源系統(tǒng)中，電平存在一定的要求，當(dāng)電源未達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，為了保證TPS系列芯片處于可控制中，需要在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)中，加電源監(jiān)測電路設(shè)計(jì)，由此一來，DSP系統(tǒng)在進(jìn)行加電時(shí)，監(jiān)測電路始終保持在復(fù)位的狀態(tài)中，直到DVdd和CVdd的電平達(dá)到規(guī)定的要求，DSP系統(tǒng)才能夠正常的運(yùn)行[4]。基于上述要求，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，將電壓監(jiān)測IC分別設(shè)置在DVdd和CVdd處，同時(shí)，電路中芯片的型號(hào)為MAX708。

通過MAX708芯片，系統(tǒng)在進(jìn)行上電時(shí)，監(jiān)控電路始終輸出有效的復(fù)位信號(hào)，由此一來，DSP系統(tǒng)與其他電路的狀態(tài)一直為復(fù)位，未知狀態(tài)并不會(huì)發(fā)生，當(dāng)監(jiān)控電路的電壓超過規(guī)定的門限電壓之后，復(fù)位狀態(tài)即可自動(dòng)解除，從而保證DSP系統(tǒng)能夠正常的運(yùn)行。此外，在DSP系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，如果某個(gè)監(jiān)測引腳上的電壓出現(xiàn)下降，且未達(dá)到門限電壓值時(shí)，監(jiān)控電路會(huì)再一次輸出復(fù)位信號(hào)，促使DSP系統(tǒng)處于復(fù)位的狀態(tài)中。

3　結(jié)論

隨著DSP系統(tǒng)的發(fā)展，其電源系統(tǒng)的復(fù)雜性越來越高，由此促使系統(tǒng)對(duì)供電的要求也逐漸提升，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，通過供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及監(jiān)控電路設(shè)計(jì)的有效開展，保證電源供給的穩(wěn)定性，并能夠充分的滿足DSP系統(tǒng)對(duì)電源及電壓的需求，從而保障DSP系統(tǒng)正常的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]周鵬,楊會(huì)成,查君君等.基于TPS767D301的TMS320F28335-DSP電源低功耗設(shè)計(jì)[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報(bào),2012(4):57-60.

[2]李林,李志勇.基于DSP的智能電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2013(1):57-59+224.

[3]宣麗萍,李朕.基于DSP的開關(guān)電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào),2015(2):8-12.

[4]白剛.基于DSP的單相正弦波變頻電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2014(8):48-50.