DSP應用系統的電源設計研究

中國船舶重工集團公司第七一五研究所　王劍輝

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DSP應用系統的電源設計研究

中國船舶重工集團公司第七一五研究所王劍輝

【摘要】在DSP應用系統設計中，電源設計是重要的一個設計環節，直接關乎DSP系統運行穩定性的好與壞。本文中，以TI公司生產的TPS系列芯片DSP系統為研究對象，分析了該系列DSP系統的電源需求，并闡述了此系列芯片的電源設計方法，旨在為DSP應用系統的電源設計提供參考。

【關鍵詞】DSP應用系統；電源設計；供電需求

0　前言

DSP技術是指數字信號處理技術，在高科技數碼產業發展的過程中有著十分重要的作用。TI公司坐落于美國，其TPS系列芯片的性能優異，在DSP市場中應用十分廣泛。在DSP應用系統設計中，電源設計起著關鍵性的作用，通常，系統中其他的部分全部設計完成之后再進行電源設計，由此，依據其他部分的電源需求及具體的器件，能夠準確的獲知系統需求是電流、電壓信息等，進而保證電源系統器件選擇的正確性。

1　TPS系列芯片介紹及系統電源要求

TI公司所生產的TPS系列芯片是一種同步降壓DC/DC調整器，適用于DSP應用系統，具有輸入電壓低、輸出電流大的特點，效率非常高[1]。以TPS54610為例，其內部含有MOSFET開關管，此開關管的峰值電流可達12A，輸出電流為6A，輸出電壓為0.9V～3.3V，電壓可根據需要進行相應的調整，精確率約為1%，脈寬調制頻率具有較好的調整性；從功能方面看，主要具有三個方面的功能，一是限流，二是低壓閉鎖，三是過熱斷電，同時，TPS54601還含有SS/ENA和PWRGD引腳，通過此項功能，啟動時間及順序啟動電路均可以進行良好的設計，由此，應用在DSP系統中時，系統設計的要求可充分滿足，進而保證DSP系統平穩的運行。

在DSP應用系統中，數字信號處理器的型號為TMS320C6416T，該處理器為系統中的核心處理器，內核電壓為1.2V，外圍I/O電壓為3.3V，數據緩存系統采用IDT70T3539M，該型號的RAM為雙口。通過仿真計算和查閱資料，DSP系統所需要的電流最大為1A，基于上述系統需求，進行電源設計，電源設計共包含兩個大部分，一是供電系統設計，二是監控電路設計。

2　電源設計方案

2.1供電系統設計

從DSP應用系統的發展來看，基本與集成電路的發展相同，大部分新型DSP系統工作時，所需要的電壓為3.3V，然而，當前的外圍電路電壓多為5V，因此，在設計供電系統時，必須要對外圍電壓進行轉換處理，以便于滿足系統的電壓需求，轉換處理功能通過電壓調節器的安裝來實現[2]。通常，電壓調節器由TI公司專門提供，可有效的滿足不同DSP系統的電壓需求。

目前，電壓調節器的常用類型比較多，比如線性穩壓器LDO，該種電壓調節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整兩種，從而有效地滿足了DSP系統的電壓要求，但此種類型的電壓調節器的效率比較低，這是其突出的缺點。此外，DC/DC控制器、DC/DC控制器聯合功率開關和開關電源模塊均為電壓調節器的種類。在這些電壓調節器中，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特的優缺點，在進行供電設計時，可依據DSP系統具體的電源需求來進行選擇。

近年來，實際應用DSP系統時，對功率的要求逐漸降低，TI公司在設計DSP系統時，順應實際的應用趨勢，由此產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，電壓可以進行調節，即使產品升級換代，也能夠良好的解決。同時，在進行控制時，利用滯后控制，獲得的瞬態響應速度非常快。TPS系列芯片為同步降壓電源控制器，帶有開關模式，電壓輸出可調節，且精確度比較高，在單電源供電且電壓為5V的微處理器中，具有良好的應用性。電壓引腳所提供的電壓參考范圍為1.3V～5V，由此，依據系統需求，設置相應的輸出電壓，或者利用采集到的樣品電阻（R2，R3），以參考電壓倍數的形式設置輸出電壓，輸出電壓的計算公式為Vo=（1+R2/R3）[3]。此外，控制器在啟動之前，電源輸出可能會出現偏差，影響系統運行的穩定性，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，并實現對上電順序的控制，避免電源輸出偏差問題，保證系統穩定的運行。

2.2監控電路的設計

在DSP應用系統的電源設計中，僅僅進行供電系統設計是不夠的，主要原因是系統工作過程中，嚴格要求電壓，從而降低電路在長期運行中所受到的損害，因此，監控電路設計是電源設計中必不可少的部分。電源系統中，電平存在一定的要求，當電源未達到規定要求時，為了保證TPS系列芯片處于可控制中，需要在進行電源設計中，加電源監測電路設計，由此一來，DSP系統在進行加電時，監測電路始終保持在復位的狀態中，直到DVdd和CVdd的電平達到規定的要求，DSP系統才能夠正常的運行[4]。基于上述要求，在進行電路設計時，將電壓監測IC分別設置在DVdd和CVdd處，同時，電路中芯片的型號為MAX708。

通過MAX708芯片，系統在進行上電時，監控電路始終輸出有效的復位信號，由此一來，DSP系統與其他電路的狀態一直為復位，未知狀態并不會發生，當監控電路的電壓超過規定的門限電壓之后，復位狀態即可自動解除，從而保證DSP系統能夠正常的運行。此外，在DSP系統運行的過程中，如果某個監測引腳上的電壓出現下降，且未達到門限電壓值時，監控電路會再一次輸出復位信號，促使DSP系統處于復位的狀態中。

3　結論

隨著DSP系統的發展，其電源系統的復雜性越來越高，由此促使系統對供電的要求也逐漸提升，在進行電路設計時，通過供電系統設計及監控電路設計的有效開展，保證電源供給的穩定性，并能夠充分的滿足DSP系統對電源及電壓的需求，從而保障DSP系統正常的運行。

參考文獻

[1]周鵬,楊會成,查君君等.基于TPS767D301的TMS320F28335-DSP電源低功耗設計[J].安徽工程大學學報,2012(4):57-60.

[2]李林,李志勇.基于DSP的智能電源系統設計[J].實驗室研究與探索,2013(1):57-59+224.

[3]宣麗萍,李朕.基于DSP的開關電源系統優化設計[J].黑龍江工程學院學報,2015(2):8-12.

[4]白剛.基于DSP的單相正弦波變頻電源設計與應用[J].中國高新技術企業,2014(8):48-50.