機(jī)載TMS320C6678多核DSP電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

李喬楊+李洋+熊凱健

摘要：TMS320C6678多核DSP芯片電源電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，其內(nèi)核電壓一般使用SmartReflex電路提供，這對印制板的布局和后期的調(diào)試工作帶來很多限制，不能滿足機(jī)載環(huán)境中高可靠性、可制造性的要求。對于TMS320C6678芯片的供電需求，本文提出了一種適合在機(jī)載嵌入式環(huán)境使用的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)中全部采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)芯片供電，可以滿足TMS320C6678多核DSP芯片供電要求，提高了產(chǎn)品的可靠性和可制造性。

關(guān)鍵字：TMS320C6678；SmartReflex；開關(guān)電源

1 引言：

TI公司的TMS320C6678多核DSP芯片具有高性能、低功耗、接口豐富的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)機(jī)載數(shù)字信號處理發(fā)展的要求，在機(jī)載嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。TMS320C6678芯片內(nèi)核電壓范圍為0.9V-1.1V，可以采用SmartReflex技術(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)芯片內(nèi)核電壓，提高性能功耗比。內(nèi)核電壓供電電路通常采用數(shù)字PWM控制芯片配合電源驅(qū)動芯片組合設(shè)計(jì)。這種供電電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，在實(shí)際使用中降低功耗效果有限，對印制板的布局和后期的調(diào)試工作帶來很多限制，不能滿足機(jī)載環(huán)境高可靠性和可制造性的要求。

本文以TMS320C6678多核DSP芯片供電系統(tǒng)為研究對象，提出了一種輸出穩(wěn)定電壓的TMS320C6678多核DSP芯片電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)通過開關(guān)電源芯片輸出穩(wěn)定的內(nèi)核電源電壓，使用調(diào)節(jié)配置電阻、電容配置上電順序。該設(shè)計(jì)能夠滿足TMS320C6678多核信號處理模塊電源需求，在機(jī)載嵌入式領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。

2 TMS320C6678供電需求

2.1 TMS320C6678

TMS320C6678是德州儀器（TI）公司全新架構(gòu)的TMS320C66x數(shù)字信號處理器（DSP）。該DSP基于新型KeyStone多內(nèi)核SoC架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部集成了8個(gè)TMS320C66x DSP CorePac。單核最高工作頻率1.25GHz，單核可實(shí)現(xiàn)40GMAC/Core的定點(diǎn)處理和20GFLOP/Core的浮點(diǎn)處理能力。TMS320C6678 DSP支持320GMAC定點(diǎn)處理和160 GFLOP的浮點(diǎn)處理能力。

TMS320C6678處理器集成了豐富的高速接口，包括72bit DDR3存儲器接口，最高支持DDR3-1600；4x模式的Serial RapidIO 接口，支持V2.1規(guī)范，最高工作頻率5 Gb/s；2x模式的PCI Express接口，支持Gen2規(guī)范，最高工作頻率5 Gb /s；高速HyperLink接口，支持最高50 Gbaud的傳輸帶寬； 2個(gè)SGMII的Gbe千兆以太網(wǎng)接口；基于包加速（ Packet Accelerator）的網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器等。

2.2 TMS320C6678供電要求

為了保證處理器和接口的正常工作，TMS320C6678要求提供13種電源，并且對電源的電壓、電流和上電順序等提出了嚴(yán)格的要求。如表1所示。

供電電路采用外部+5V電源供電，TMS320C6678芯片需要多種供電要求的供電電壓。SmartReflex內(nèi)核電壓CVDD，電壓范圍為0.9V-1.1V；內(nèi)核電壓CVDD1為1.0V；VDDT1/VDDT2為處理器高速接口的端接電壓，工作電壓1.0V；DVDD15為處理器DDR3接口功能的供電電壓，工作電壓1.5V；VDDR1/VDDR2/VDDR3/VDDR4為處理器高速接口SerDes供電電壓，工作電壓1.5V電壓；DVDD18需要1.8V工作電壓；AVDDA1/AVDDA2/AVDDA3為內(nèi)部PLL的供電電壓，需要1.8V工作電壓。VREFSSTL為DDR3的參考電壓，0.75V。

上電順序，TMS320C6678 DSP支持兩種方式：

（1）CVDD→CVDD1，VDDT1-3→DVDD18，AVDD1，AVDD2→DVDD15，VDDR1-4

（2）DVDD18，AVDD1，AVDD2→CVDD→CVDD1，VDDT1-3→DVDD15，VDDR1-4

3 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上的分析可以看出TMS320C6678芯片供電種類多，供電電流大，供電要求復(fù)雜。為了保證芯片的正確工作，本文對按照芯片需求將供電電源分為4個(gè)部分設(shè)計(jì)，獨(dú)立輸出，減少不同電源之間供電的耦合，便于PCB布局布線和后續(xù)的硬件調(diào)試。

根據(jù)TMS320C6678芯片電源上電順序要求，本文按照第一種順序進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì)，見圖1：

4路電源上電時(shí)間通過電壓轉(zhuǎn)換芯片獨(dú)立調(diào)節(jié)，滿足處理器芯片需求。具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.1 內(nèi)核電壓CVDD

芯片內(nèi)核電壓CVDD，電壓范圍為0.9V-1.1V，本文采用LTM4600芯片轉(zhuǎn)換電路將+5V直流電源轉(zhuǎn)換為內(nèi)核電壓1.0V，穩(wěn)定輸出電流10V。如圖3所示。

LTM4600電源轉(zhuǎn)換電路最高能夠提供10A連續(xù)電流和14A峰值輸出電流，采用小體積的15mm×15mm LGA封裝，4.5V至20V的寬輸入電壓范圍，輸出最低電壓為0.6V，具有短路和過壓保護(hù)功能。可以調(diào)節(jié)LTM4600芯片Run端接電阻和對地電容獲得合適的上電時(shí)間，能夠滿足芯片內(nèi)核電源需求。

3.2 CVDD1/VDDT1/VDDT2

CVDD1為核心供電電壓內(nèi)存排列，固定輸入1.0V；VDDT1為HyperLink供電，工作電壓1.0V；VDDT2串行千兆位以太網(wǎng)（SGMII）/串行高速接口（SRIO）/快速串行總線（PCIe）接口電源，供電電壓1.0V，這三種電源可以使用相同的上電時(shí)間。

本文采用LTM4600芯片轉(zhuǎn)換電路將+5V直流電源轉(zhuǎn)換為內(nèi)核電壓1.0V，輸出電流10V。可以調(diào)節(jié)LTM4600芯片Run端接電阻阻值獲得合適的上電時(shí)間，能夠滿足芯片CVDD1/VDDT1/VDDT2電源需求。

3.3 DVDD18，AVDD1，AVDD2

DVDD18為接口電源，工作電壓1.8V；AVDDA1/AVDDA2/AVDDA3為芯片內(nèi)部PLL鎖相環(huán)的供電電壓，工作電壓1.8V。

考慮到電源轉(zhuǎn)換效率，本文采用TPS74401RGWR芯片電源轉(zhuǎn)換電路將3.3V直流電源轉(zhuǎn)換為1.8V使用，TPS74401RGWR電源轉(zhuǎn)換電路最大輸出電流為3A，滿足芯片1.8V電源需求。3.3V電源由LTM4600芯片轉(zhuǎn)換電路提供。在此不再介紹。

3.4 DVDD15，VDDR1-4

DVDD15為處理器芯片DDR3 SDRAM接口功能的供電電壓，工作電壓1.5V，VREFSSTL為DDR3的參考電壓0.75V；VDDR1/VDDR2/VDDR3/VDDR4為處理器高速接口SerDes供電電壓，供電電壓1.5V。

DDR3存儲器采用1.5V供電，所需VTT、VREF信號與1.5V電源信號要有嚴(yán)格的時(shí)序要求，在本文中此部分電源轉(zhuǎn)換電路由TPS51116電壓轉(zhuǎn)換芯片和外圍開關(guān)電路（HI-8591PST、HI-8570PST）組成，將5V電壓轉(zhuǎn)換為1.5V、0.75V。

4 結(jié)束語

對于TMS320C6678芯片的供電需求，本文在提出了一種適合在機(jī)載嵌入式環(huán)境使用的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在滿足芯片電流、電壓、上電順序方面要求的同時(shí)，顯著降低了電路復(fù)雜度，方便了PCB布局布線和后期硬件調(diào)試，提高了產(chǎn)品的可靠性和可制造性。有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn)，有推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]Arnon Friedmann.TI' s New TMS320C66x Fixedandfloating-point DSP Coreconquers the‘Need for Speed[EB/OL].[2011-12-20]http： / /www.ti.com.

[2]Texas Instruments Corp.TMS320C6678 Multicore Fixed andFloating-Point Digital Signal Processor（SPRS691E） [EB/OL].[2014 - 3 - 21]http： / /www.ti.com.

[3]Texas Instruments Corp. Hardware Design Guide for Key-Stone I Devices（sprabi2c） [EB/OL].[2013-8-22]http：/ /www.ti.com.

作者簡介：

李喬楊，工程師，研究方向計(jì)算機(jī)應(yīng)用，中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，郵編710068

李洋，中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，高級工，郵編710068。

熊凱建，中國人民解放軍解放軍5720工廠，技術(shù)員，安徽蕪湖，郵編241007。