基于TPS54610的DSP+FPGA系统电源设计
发布时间:2008/5/28 0:00:00 访问次数:1296
摘要：为了满足信号处理中常用的dsp+fpga系统设计要求，本文采用tps54610设计了一个高效、稳定的电源电路，并根据电源加载的次序要求，设计成多电源顺序启动电路。
关键词：tps54610；dsp；fpga；电源管理
引言
在信号处理系统中，由于计算速度和精度的要求，常采用高速dsp器件和大规模fpga进行设计开发。在这类系统中，对电源模块的精度和供电电流要求很高，电源模块的设计将直接影响到整个系统的稳定性，因此，设计出高效、稳定的电源模块尤为重要。本文针对系统设计要求，采用同步降压dc/dc调整器tps54610进行系统电源设计，并根据电源加载的次序要求，设计成多电源顺序启动电路，实际使用中该电源电路具有很好的使用效果。
dsp+fpga系统电源要求
系统核心处理器采用ti公司的数字信号处理器tms320c6416t和xilinx公司的virtex4系列xc4vfx60 fpga，内核电压和外围i/o电压分别为1.2v和3.3v；另外，系统数据缓存采用idt公司的idt70t3539m双口ram，供电电压为2.5v，fpga配置芯片xcf32p需要供电电压为1.8v，因此，系统中需要4种电源。同时，通过资料查阅和仿真估计，fpga的最大电流为3a左右，dsp最大为1a，需要的电流比较大。最后考虑到dsp和fpga在加电的过程中，要保证内核先供电，外围i/o后供电，否则可能导致输出端出现大电流，影响器件寿命甚至损坏器件。综合这三个方面的因素，本设计选用tps54610系列产品来产生这4种电压。
tps54610简介
tps54610是专门为dsp、fpga等多芯片、大电流系统供电而设计的一款低电压输入、大电流输出的同步降压dc/dc调整器，它内部含有30mw、峰值电流为12a的mosfet开关管，输出电流6a，输出电压0.9v~3.3v可调，精确率达到1%，脉宽调制频率可调整；在功能上，具有限流、低压闭锁和过热关断电路，而且利用ss/ena和pwrgd引脚可以设计启动时间和顺序启动电路，这些特点恰好满足了上述系统设计的需要。此外，它加强散热型的pwp封装为芯片提供了更好的散热。本系统采用4片tps54610供电。
电路设计
内核电压的产生
tps54610电路的设计应从开关频率、输入/输出滤波、反馈补偿网络和设置软启动时间这4个方面来考虑。采用ti公司的swift designer 辅助设计软件，可以方便地得到这些参数，减少了设计的难度。本系统内核电压为1.2v，电路如图1所示。
此电路开关频率设置为700khz，故应在rt和agnd引脚之间串联一个阻值为71.5kw的电阻，并保持sync引脚开路，其中，r和开关频率的换算公式为：r=(500khz/开关频率)×100kw。输入电源的滤波和其它电源电路一样，主要是以减小纹波电压和旁路高频分量为目的，采用一个较大的电容(220mf)和较小的电容(10mf)配合使用，制板时电容的摆放应尽量靠近芯片；输出滤波由电感和电容共同完成，电感可在1mh~10mh之间取值，本设计采用4.7mh贴片电感。补偿网络的设计非常关键，图1中主要依靠rfp18和rfp17两个电阻组成分压网络，使输出电压为1.2v，其余电阻、电容构成环路补偿网络，元器件的选择方法很多，主要从输出电压值、带宽、纹波电压等方面考虑。设计时可以充分利用swift designer 辅助设计软件，它可以修改上述所有要求，以达到设计所需。设计时应注意：要确保电阻、电容使用标称值，同时，为了保证输出电压的准确性，建议使用精密电阻。软启动时间的设置通过ss/ena引脚和一个低值电容接地获得，ss/ena可以同时完成使能、输出延迟和电压上升延迟功能。其中，延迟时间和电容值成正比，近似为：
其中，td为输出延迟时间；css为ss/ena引脚所接电容；tss为输出电压上升延迟时间。本设计采用css=0.01mf，td和tss分别为2.4ms和1.4ms。
其它电压的产生及
顺序供电电路的设计
其它电压和内核电压的设计大体相同，主要就是输出电压值的不同，这点可以根据辅助设计软件设置分压网络中不同的电阻值得到。电路如图2、图3、图4所示。
图1、图2、图3、图4就构成了整个系统的电源设计，通过pwrgd和ss/ena两个引脚的级联使用，就可以完成顺序启动电路的设计。pwrgd引脚在当vsense端的电压高于输出电压的90%时输出为高，否则为低。ss/ena引脚除了上述软启动功能之外，还具有输出使能的功能，提供控制器允许工作逻辑信号，当ss/ena为高电平时，与外接电容配合可设置启动时间；为低电平时，芯片关闭，输出为0。当jfp6、8、10三根跳线连接时，就能达到顺序启动的效果。具体过程如下：
外加5v电压后，根据ss/ena外接电容计算，经2.4ms后，1.2v供电的tps54610芯片开始启动，再经过1.4ms后，输出电压为1.2v，此时，pwrgd引脚由低电平变成高电平。由于该引脚和1.8v供电的tps54610芯片的ss/ena引脚相连，所以，在1.2v电压输出正常之前，供电1.8v的芯片输出一直
摘要：为了满足信号处理中常用的dsp+fpga系统设计要求，本文采用tps54610设计了一个高效、稳定的电源电路，并根据电源加载的次序要求，设计成多电源顺序启动电路。
关键词：tps54610；dsp；fpga；电源管理
引言
在信号处理系统中，由于计算速度和精度的要求，常采用高速dsp器件和大规模fpga进行设计开发。在这类系统中，对电源模块的精度和供电电流要求很高，电源模块的设计将直接影响到整个系统的稳定性，因此，设计出高效、稳定的电源模块尤为重要。本文针对系统设计要求，采用同步降压dc/dc调整器tps54610进行系统电源设计，并根据电源加载的次序要求，设计成多电源顺序启动电路，实际使用中该电源电路具有很好的使用效果。
dsp+fpga系统电源要求
系统核心处理器采用ti公司的数字信号处理器tms320c6416t和xilinx公司的virtex4系列xc4vfx60 fpga，内核电压和外围i/o电压分别为1.2v和3.3v；另外，系统数据缓存采用idt公司的idt70t3539m双口ram，供电电压为2.5v，fpga配置芯片xcf32p需要供电电压为1.8v，因此，系统中需要4种电源。同时，通过资料查阅和仿真估计，fpga的最大电流为3a左右，dsp最大为1a，需要的电流比较大。最后考虑到dsp和fpga在加电的过程中，要保证内核先供电，外围i/o后供电，否则可能导致输出端出现大电流，影响器件寿命甚至损坏器件。综合这三个方面的因素，本设计选用tps54610系列产品来产生这4种电压。
tps54610简介
tps54610是专门为dsp、fpga等多芯片、大电流系统供电而设计的一款低电压输入、大电流输出的同步降压dc/dc调整器，它内部含有30mw、峰值电流为12a的mosfet开关管，输出电流6a，输出电压0.9v~3.3v可调，精确率达到1%，脉宽调制频率可调整；在功能上，具有限流、低压闭锁和过热关断电路，而且利用ss/ena和pwrgd引脚可以设计启动时间和顺序启动电路，这些特点恰好满足了上述系统设计的需要。此外，它加强散热型的pwp封装为芯片提供了更好的散热。本系统采用4片tps54610供电。
电路设计
内核电压的产生
tps54610电路的设计应从开关频率、输入/输出滤波、反馈补偿网络和设置软启动时间这4个方面来考虑。采用ti公司的swift designer 辅助设计软件，可以方便地得到这些参数，减少了设计的难度。本系统内核电压为1.2v，电路如图1所示。
此电路开关频率设置为700khz，故应在rt和agnd引脚之间串联一个阻值为71.5kw的电阻，并保持sync引脚开路，其中，r和开关频率的换算公式为：r=(500khz/开关频率)×100kw。输入电源的滤波和其它电源电路一样，主要是以减小纹波电压和旁路高频分量为目的，采用一个较大的电容(220mf)和较小的电容(10mf)配合使用，制板时电容的摆放应尽量靠近芯片；输出滤波由电感和电容共同完成，电感可在1mh~10mh之间取值，本设计采用4.7mh贴片电感。补偿网络的设计非常关键，图1中主要依靠rfp18和rfp17两个电阻组成分压网络，使输出电压为1.2v，其余电阻、电容构成环路补偿网络，元器件的选择方法很多，主要从输出电压值、带宽、纹波电压等方面考虑。设计时可以充分利用swift designer 辅助设计软件，它可以修改上述所有要求，以达到设计所需。设计时应注意：要确保电阻、电容使用标称值，同时，为了保证输出电压的准确性，建议使用精密电阻。软启动时间的设置通过ss/ena引脚和一个低值电容接地获得，ss/ena可以同时完成使能、输出延迟和电压上升延迟功能。其中，延迟时间和电容值成正比，近似为：
其中，td为输出延迟时间；css为ss/ena引脚所接电容；tss为输出电压上升延迟时间。本设计采用css=0.01mf，td和tss分别为2.4ms和1.4ms。
其它电压的产生及
顺序供电电路的设计
其它电压和内核电压的设计大体相同，主要就是输出电压值的不同，这点可以根据辅助设计软件设置分压网络中不同的电阻值得到。电路如图2、图3、图4所示。
图1、图2、图3、图4就构成了整个系统的电源设计，通过pwrgd和ss/ena两个引脚的级联使用，就可以完成顺序启动电路的设计。pwrgd引脚在当vsense端的电压高于输出电压的90%时输出为高，否则为低。ss/ena引脚除了上述软启动功能之外，还具有输出使能的功能，提供控制器允许工作逻辑信号，当ss/ena为高电平时，与外接电容配合可设置启动时间；为低电平时，芯片关闭，输出为0。当jfp6、8、10三根跳线连接时，就能达到顺序启动的效果。具体过程如下：
外加5v电压后，根据ss/ena外接电容计算，经2.4ms后，1.2v供电的tps54610芯片开始启动，再经过1.4ms后，输出电压为1.2v，此时，pwrgd引脚由低电平变成高电平。由于该引脚和1.8v供电的tps54610芯片的ss/ena引脚相连，所以，在1.2v电压输出正常之前，供电1.8v的芯片输出一直
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