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(多图) 基于TMS320C6678 DSP的电源设计方案

吴敏杰?? 冯起?? 袁乃昌?? 电子设计工程?? 2012年09月07日 ?? 收藏0
TMS320C6678 DSP是TI最新发布的一款基于KeyStone架构的DSP,芯片内有8个内核,工作速度可达10 GHz.随着这款产品各方面的性能指标增加,对电源供应也提出了很高的要求,普通的稳压电源早已不能满足。由于现在的信号处理板上大多需要多片DSP协同工作,所以在本设计中,以两片6678DSP电源方案为例,将UCD9244作为电源的主要控制芯片,设计出的电源可同时满足这两片DSP的供电需求。

  1 电源硬件电路设计与计算

  1.1 系统总体方案设计

  图1是系统的组成框图。采用统一的12 V电源进行供电,DSP的内核电压由一片UCD9244和两片UCD7242组成;经过TPS54620产生的3.3 V电源可以为其他的电源电路供电;大部分的模块电源需要经过滤波网络的处理,这样做可以降低电源的纹波、噪声,同时也可以很好地解决PCB布板带来的其他干扰问题。

图1 系统组成框图
图1 系统组成框图

  虽然DSP不要求内核电压与IO之间有特殊的上电时序,但假如有某个模块的电源处于错误状态时,得保证整个系统的所有电源都不在工作,否则,会严重影响器件的使用寿命与可靠性。所以,在本设计中,上电时序为CVDD,VCC1V0,VCC1V8,VCC1V5,VCC0V75;其中CVDD与VCC1V0的上电时序通过对UCD9244芯片进行编程实现,其他模块的上电时序通过TPS3808系列芯片,前一级对后一级产生控制信号实现。掉电时序和上电时序完全相反,这样可以防止大量的静态电流和器件过压情况发生。

  任何DC/DC变换器在开始设计时,工作频率的选择都是很关键的。它主要取决于3个因素:最大效率,最小尺寸和闭环带宽。工作频率高,通常效率就低,设计尺寸小。综合考虑,在本设计中,选择750 kHz.

  在设计的最后,为关键的电源供电部分添加了信号指示灯,若上电正常则可以使LED亮,它在电路中的作用主要是为了方便调试,同时,在电路上电不正常的时候可以马上发现哪个模块出错,从而可以很快地找到原因。

  1.2 UCD9244控制电路

  UCD9244芯片是数字PWM控制器,能同时控制4路输出,开关频率达到2 MHz,采用PMBus v1.2标准。PMBus是电源管理总线,是从SMBus发展过来的,在数字通信总线上与电源转换器进行交流。图2是UCD9244的控制电路图,输出电压的调节主要有两种方式,一种是通过VID接口,这种方式需要有DSP或者专用集成电路的控制,但本设计中本来就是作为DSP的电源,所以采用另一种调节方式--通过PMBus命令语句,对输出电压幅值进行控制,这种方式也更为简单有效。为保证UCD9244整体工作,在工作电压输入端增加了旁路电容来减少电压纹波,同时也对高温、过流等异常情况增加了保护措施。

图2 UCD9244控制电路图
图2 UCD9244控制电路图

 UCD7242是与UCD9244完全兼容的驱动芯片,可以驱动两个独立的电源,可以供应CVDD(内核电压)与VCC1V0(SRIO、PCIE、SGMII和Hyperlink)。通过1片9244控制两片7242来达到为两片DSP6678供电的目的。UCD7242电路中电感值的选择很关键,根据芯片内部结构,电感值的计算可以通过下面这个公式决定:

基于TMS320C6678 DSP的电源设计方案

 式中:VIN为输入电压,VOUT为输出电压,fs为工作频率,D为占空比,△I为电感电流峰峰值。在本设计中,VIN=12 V,VOUT=1 V,D=1/12,fs=750 kHz,△I=10 A,可计算得电感,L≈0.122μH.

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UCD9244? KeyStone架构? 开关电源? TMS320C6678?

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