基于EPIC12和TMS320C6713B的數(shù)字電路電源系統(tǒng)設(shè)計(jì):原理、實(shí)現(xiàn)與性能評(píng)估
由于高精度測量系統(tǒng)工作頻率高,數(shù)據(jù)處理量大,功耗也相對(duì)較高,而供電系統(tǒng)的好壞直接影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的精度,所以設(shè)計(jì)高效率、高可靠性的供電系統(tǒng)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要敘述了一個(gè)實(shí)際高精度測量系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)。 1DSP和FPGA的電源要求 系統(tǒng)各個(gè)電源轉(zhuǎn)換芯片統(tǒng)一由蓄電池供電。電源模塊在用蓄電池加電時(shí),其電壓上升過程中與達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)前可能出現(xiàn)較嚴(yán)重的波動(dòng)。而DSP和FPGA在上電過程中如果電壓波動(dòng)較大,加載可能失敗并導(dǎo)致后續(xù)加載操作異常。為了保證加載成功,不會(huì)產(chǎn)生不受控制的狀態(tài),所以在系統(tǒng)中加入了電壓監(jiān)控和復(fù)位電路,以確保DSP和FPGA芯片在系統(tǒng)加電過程中始終處于復(fù)位狀態(tài),直到電壓達(dá)到所要求的電平。同時(shí),一旦電源的電壓降到閾值以下,強(qiáng)制芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài),確保系統(tǒng)穩(wěn)定地工作。因?yàn)橄到y(tǒng)用6V蓄電池供電,所以電壓不會(huì)超過6V,只需進(jìn)行欠壓監(jiān)控。 2電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中存在模擬電路和數(shù)字電路供電。本文重點(diǎn)介紹數(shù)字電路電源部分。 本設(shè)計(jì)采用TPS5431×系列電壓轉(zhuǎn)換芯片設(shè)計(jì)數(shù)字電源系統(tǒng),分別產(chǎn)生DSP和PFGA的內(nèi)核和外圍電壓以及+5V電壓。TPS5431×系列是低電壓輸入、大電流輸出的同步PWMBuck降壓式電壓轉(zhuǎn)換器,其電路外圍器件少,60mΩ的MOSFET開關(guān)管保證了在持續(xù)3A的輸出電流時(shí)超過92%高效率;輸出電壓有0.9V、1.2V、1.5V、1.8V、2.5V、3.3V可選,初始誤差為1%;PWM頻率范圍從280~700kHz;通過峰值電流限制和熱關(guān)斷實(shí)現(xiàn)過載保護(hù);加強(qiáng)散熱型的PWP封裝為芯片提供了更好的散熱;綜合解決了電路板面積和成本。 2.1內(nèi)核電壓的產(chǎn)生 本部分主要是為TMS320C6713B和EPIC12設(shè)計(jì)內(nèi)核供電系統(tǒng),其內(nèi)核電壓分別為1.2V和1.5V,分別用TPS54312和TPS54313來產(chǎn)生,具體電路如圖1、圖2所示。為了滿足供電順序的要求,圖1、圖2中的PWRGD接到圖3中的SS/ENA腳。 參數(shù)的選取:芯片的開關(guān)頻率設(shè)為700kHz,為此,需要保持FSEL腳開路并在RT腳和AGND腳之間串聯(lián)71.5kΩ的電阻;輸出濾波電感的取值范圍在4.7“10μH之間,本文選用4.7μH的貼片電感;SS/ENA腳通過一個(gè)低容值電容接地,其功能為使能、輸出延遲和電壓上升延遲。其中延遲時(shí)間和電容值成正比,近似為: 式中:td為輸出延遲時(shí)間(秒);C(SS)為SS/ENA腳所接電容(F);t(SS)為輸出電壓上升延遲時(shí)間(秒)。 [...]