基于高性能数字信号处理器的供电模块设计

以TPS54616为例，简述各引脚功能，TPS54312对应命名相同的引脚功能相似。

AGND：模拟地；BOOT：启动输入，应和PH脚间连接一个0．02～O．1μF的电容；NC：不连；PGND：电源地，使用时与AGND单点连接；PH：电压输出端；PWRGD：当VSENSE>90％参考电压时，输出为高阻，否则输出为低电平，利用这点，可用于I／O口电压和内核电压的控制，设计出符合要求的上电次序；RT：频率设置电阻输入，选择不同的阻值连接，可设置不同的电源开关频率；SS／ENA：慢启动或输入输出使能控制；FSEL：频率选择；VBIAS：内部偏压调节，与AGND间应连接一个0．1～1μF的陶瓷电容；VIN：外部电压输入；VSENSE：误差放大反馈输入，可直接连到输出电压端。

3 电路设计

在Protel中搭建原理图，如图2所示。

设计主要考虑了输入滤波、反馈回路、频率操作、输出滤波、延时启动等问题。

3．1 输入输出滤波

两电源芯片输入电压均为5 V，为有效虑除输入电源中的高频分量，输入端均接一个10μF的旁路电容。同时，为减少输入纹波电压，各接入一个100μF和180μF的滤波电容。经过这样的组合滤波，可以得到一较为干净的输入电源。

在输出端，为了得到质量较好的输出波形，输出滤波网络由一个4．7μH电感及一个470μF和1 000 pF的电容组成。

3．2 反馈回路

TPS54312上为直接反馈，经过滤波输出后的电压直接连接到VSENSE上，TPS54616加上一个反馈电阻，作用其实是相同的，都是直接反馈。

3．3 开关频率设计

如果让RT脚空接，FSEL接地或接在VIN上，则开关频率为350 kHz或550 kHz。如果采用外接电阻进行开关频率选择，有计算阻值的公式为：R=500 kHz／选择的开关频率×100 kΩ。设计中选用开关频率700 MHz，计算得应接电阻阻值为71．5 kΩ。

3．4 延时启动

两芯片均有慢启动和输出输入使能控制功能。通过在脚SS／EN上连接不同容值的电容，可以获得不同的慢启动时间。尽管有专门的计算公式可以进行计算，但这里设计可以利用TI为专门电源设计推出的软件swift desig-ner，可以为设计提供很大的方便。swift designer提供一系列的电源芯片支持设计，包括对TPS54312和TPS54616的支持。

在swift designer中设置参数，然后按"GO"，软件即能自动按照要求的参数选择电源芯片和搭建好外围电路。设参数为：输出电压1．2V，输出电流3A，输入最小电压4．8V，最大5．2V，慢启动时间3 ms，开关频率700 kHz。软件可以自动生成电路图，软件自动选择的电源芯片是TPS54312，同时外围电路已经连接好。

同样修改参数，输出电压3．3V，输出电流6A，输入最小电压4．8V，最大5．2V，慢启动时间6 ms，开关频率700 kHz。同样，这时软件自动生成5V转3．3V的电路图(略)。

在swift designer软件的帮助下，使设计变得灵活和简便。要获得正确的上电次序，设计中还应做一些调整。将TPS5431 2的PWRGD脚接至TPS54616的SS／ENA脚，如图2中原理图所示，同时接成上拉状态。这样，只有当TPS54312输出电压大于1．2 V*90％时，脚PWRGD输出为低，从而使能TPS54616，产生3．3 V的电压输出，从而获得正确的上电次序要求。在TPS54312输出电压没有达到要求时，TPS54616被上拉，不能产生3．3 V输出。这样通过慢启动时间的设置和对使能端引脚的控制两重保险．可以完全确保正确的上电延时和上电次序。同时，我们可以根据不同芯片对上电延时和上电的次序进行灵活调整，满足上电要求。

4 仿真分析

swift designer软件还提供了初步的仿真分析，能直观地给出分析表，循环响应图，输入电压抖动的影响图，效率图和PCB布线图。下面是一系列相关仿真分析。
    从仿真可以看出，设计所采用的电源转换具有较高的转换效率，同时由于输入抖动而带来的影响也在系统可接受范围之内，加上外围电容滤波后，输出电压纹波效果还会有所改进。由于软件没有对上电次序的先后给出直观仿真，但通过对两电源芯片慢启动时间的设置先后和使能端的控制，系统上电次序得到了较好保证。

5 结 语

供电模块设计对整个系统实现和系统良好运行意义重大，尤其对一些特殊供电要求的高性能器件而言更是如此。在电源模块的设计中，要综合考虑系统要求，设计灵活性，实现难易程度，成本、效率、封装等相应因素，从而做出全面的、折衷的考虑，以寻求最佳的设计方案。经过在雷达信号处理板上的实际应用，设计满足各项电压、电流和功耗要求，同时由于采用较好的上电次序设计，保证了ADSPTSl01的内核先于IO上电，从而使整个系统稳定性和可靠性得到了较好保证。