摘要：在由高性能數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)建的系統(tǒng)中，供電模塊的設(shè)計(jì)是很重要的一個(gè)部分。以ADSP-TSl01為例，對(duì)應(yīng)用電源芯片TPS54312和TPS54616設(shè)計(jì)出符合要求的供電模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹。首先對(duì)3種供電方式進(jìn)行了對(duì)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(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足功耗、上電次序等設(shè)計(jì)要求，同時(shí)利用TI電源設(shè)計(jì)輔助軟件swift designer進(jìn)行分析和仿真。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)完全符合系統(tǒng)供電要求。
　　關(guān)鍵詞：高性能數(shù)字信號(hào)處理器；swift designer；電源設(shè)計(jì)；TPS54312
　　l 引 言
　　隨著近年來(lái)芯片制造技術(shù)的不斷發(fā)展，以及市場(chǎng)對(duì)高性能數(shù)字信號(hào)處理器的需求，新的功能更強(qiáng)，速度更快，功耗更低的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）產(chǎn)品不斷推出，給電路設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。但與此同時(shí)，這些高性能器件的使用對(duì)供電模塊的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。高效、穩(wěn)定、滿(mǎn)足上電次序的供電模塊設(shè)計(jì)具有重要意義，將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定，甚至整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
　　當(dāng)前，DSP、FPGA等芯片的供電方式主要有3種：采用線(xiàn)性電源芯片，采用開(kāi)關(guān)電源芯片，采用電源模塊。這3種方式的一個(gè)總體對(duì)比如表1所示。
　　
　　線(xiàn)性電源的基本原理是根據(jù)負(fù)載電阻的變化情況來(lái)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(xiàn)性調(diào)節(jié)原理，瞬態(tài)特性好，本質(zhì)上沒(méi)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(huì)成比例增加，因此線(xiàn)性電源要求有較好的散熱處理控制。線(xiàn)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(gè)非常重要的性能，因?yàn)楦偷膲翰钜馕吨叩男省?a target='_blank' class='arckwlink_none'>LDO線(xiàn)性電源的低壓差特性有利于改善電路的總體效率。線(xiàn)性電源對(duì)電流輸入較小的應(yīng)用系統(tǒng)提供了一種體積小、廉價(jià)的設(shè)計(jì)方案。
　　開(kāi)關(guān)電源利用磁場(chǎng)儲(chǔ)能，無(wú)論升壓、降壓或是兩者同時(shí)進(jìn)行，都可以實(shí)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(jiǎn)化。又由于是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電源，與LDO線(xiàn)性電源相比，DC／DC調(diào)整器輸出紋波電壓較大、瞬時(shí)恢復(fù)時(shí)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(jì)，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(jì)方案中，開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要較另兩種電源設(shè)計(jì)方案復(fù)雜。但由于開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)靈活，耗熱小，成本也較低，在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)中，仍不失一種較好的選擇。
　　電源模塊原理上講是個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，效率非常高。相對(duì)于普通開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，它的集成度更高，外圍只需要一個(gè)輸入電容和一個(gè)輸出電容即能工作，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，適合D要求開(kāi)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(hào)處理部分僅是整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)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(duì)上電次序的要求并不是太嚴(yán)格，電源設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，采用AS2830一1．5電源芯片即可達(dá)到要求。而ADSPTSl01對(duì)上電次序有較為嚴(yán)格的要求，當(dāng)上電次序沒(méi)有達(dá)到要求時(shí)，既使上電后進(jìn)行復(fù)位初始化后，初始狀態(tài)仍然可能不對(duì)。因此，系統(tǒng)電源部分設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于滿(mǎn)足ADSPTS101的上電要求。當(dāng)然，采用電源模塊，如PT6944芯片可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但基于開(kāi)關(guān)電源和電源模塊的比較優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用的電源芯片為T(mén)I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(kāi)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(kāi)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(guò)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(duì)于連續(xù)3 A的電流高效輸出，集成的MOS-FET開(kāi)關(guān)管為60MQ，同時(shí)其固定電壓輸出為1．2V。
　　另外，TPS54616和TPS54312均采用集成化設(shè)計(jì)，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。