DSP應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)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(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)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(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中，電源設(shè)計是重要的一個設(shè)計環(huán)節(jié)，直接關(guān)乎DSP系統(tǒng)運行穩(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)計方法，旨在為DSP應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)計提供參考。

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

0　前言

DSP技術(shù)是指數(shù)字信號處理技術(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)計中，電源設(shè)計起著關(guān)鍵性的作用，通常，系統(tǒng)中其他的部分全部設(shè)計完成之后再進行電源設(shè)計，由此，依據(jù)其他部分的電源需求及具體的器件，能夠準確的獲知系統(tǒng)需求是電流、電壓信息等，進而保證電源系統(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，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(shè)計，由此，應(yīng)用在DSP系統(tǒng)中時，系統(tǒng)設(shè)計的要求可充分滿足，進而保證DSP系統(tǒng)平穩(wěn)的運行。

在DSP應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)字信號處理器的型號為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，該型號的RAM為雙口。通過仿真計算和查閱資料，DSP系統(tǒng)所需要的電流最大為1A，基于上述系統(tǒng)需求，進行電源設(shè)計，電源設(shè)計共包含兩個大部分，一是供電系統(tǒng)設(shè)計，二是監(jiān)控電路設(shè)計。

2　電源設(shè)計方案

2.1供電系統(tǒng)設(shè)計

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，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(shè)計供電系統(tǒng)時，必須要對外圍電壓進行轉(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。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特的優(yōu)缺點，在進行供電設(shè)計時，可依據(jù)DSP系統(tǒng)具體的電源需求來進行選擇。

近年來，實際應(yīng)用DSP系統(tǒng)時，對功率的要求逐漸降低，TI公司在設(shè)計DSP系統(tǒng)時，順應(yīng)實際的應(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，電壓可以進行調(diào)節(jié)，即使產(chǎn)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(tài)響應(yīng)速度非?？臁PS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(xiàn)偏差，影響系統(tǒng)運行的穩(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，并實現(xiàn)對上電順序的控制，避免電源輸出偏差問題，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的運行。

2.2監(jiān)控電路的設(shè)計

在DSP應(yīng)用系統(tǒng)的電源設(shè)計中，僅僅進行供電系統(tǒng)設(shè)計是不夠的，主要原因是系統(tǒng)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(jiān)控電路設(shè)計是電源設(shè)計中必不可少的部分。電源系統(tǒng)中，電平存在一定的要求，當電源未達到規(guī)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(shè)計中，加電源監(jiān)測電路設(shè)計，由此一來，DSP系統(tǒng)在進行加電時，監(jiān)測電路始終保持在復(fù)位的狀態(tài)中，直到DVdd和CVdd的電平達到規(guī)定的要求，DSP系統(tǒng)才能夠正常的運行[4]?；谏鲜鲆螅谶M行電路設(shè)計時，將電壓監(jiān)測IC分別設(shè)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(tǒng)在進行上電時，監(jiān)控電路始終輸出有效的復(fù)位信號，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)并不會發(fā)生，當監(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)即可自動解除，從而保證DSP系統(tǒng)能夠正常的運行。此外，在DSP系統(tǒng)運行的過程中，如果某個監(jiān)測引腳上的電壓出現(xiàn)下降，且未達到門限電壓值時，監(jiān)控電路會再一次輸出復(fù)位信號，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)對供電的要求也逐漸提升，在進行電路設(shè)計時，通過供電系統(tǒng)設(shè)計及監(jiān)控電路設(shè)計的有效開展，保證電源供給的穩(wěn)定性，并能夠充分的滿足DSP系統(tǒng)對電源及電壓的需求，從而保障DSP系統(tǒng)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(shè)計[J].安徽工程大學(xué)學(xué)報,2012(4):57-60.

[2]李林,李志勇.基于DSP的智能電源系統(tǒng)設(shè)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(guān)電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報,2015(2):8-12.

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