原创 DSP的双电源解决方案

 2006-10-13 20:38  3455 11 11 分类: 处理器与DSP

DSP的供电电路设计是DSP应用系统设计的一个重要组成部分。TIDSP家族（C6000和C54xx）要求有独立的内核电源和I／O电源，如TMS320VC5402，它的内核电压是1．8V，I／O电压是3．3V。由于DSP一般在系统中要承担大量的实时数据计算，在其CPU内部，频繁的部件开关转换会使系统功耗大大增加。所以降低为DSP内部CPU供电的核心电压无疑是降低系统功耗的最有效的办法之一。
　　虽然TI的DSP不要求内核电源和I／O电源之间有特殊的上电顺序，但是假如有一个电源低于正常的工作电压，设计时就要确保没有任何一个电源在这个时间段处于上电状态，如果违反此规则，将严重影响器件的长期可靠性。另外，从系统级考虑，总线竞争就要求按顺序上电。这种情况下，内核电源的上电就应当同步或提前于I／O控制器。
　　讲究供电次序的原因在于：如果只有CPU内核获得供电，周边I／O没有供电，对芯片是不会产生任何损害的，只是没有输入／输出能力而已；如果反过来，周边I／O得到供电而CPU内核没有加电，那么芯片缓冲／驱动部分的三极管将处于一个未知状态下工作，这是非常危险的。在有一定安全措施保障的前提下，允许两个电源同时加电，两个电源都必须在25ms内达到规定电平的95％。<?xml:namespace prefix = o />

1　输入电压等于3．3V的情况
1．1　使用场效应管和有PG引脚的直流电压转换器
　　这种方案是所有方案中最简单的一种。它用一个P沟道的场效应管作为电源分配开关。这种方法要求直流电压转换器具有PG（Power Good）引脚。在核电压输出未到达额定值之前，PG引脚一直输出为高。当核电压输出达到额定值后，PG引脚变低，驱动场效应管打开，把外部3．3V电压加到DSP的I／O上。所以，这种方法可以保持正确的上电顺序。

断电时的情况则比较复杂，有很多因素将会影响断电的顺序，如负载电流的驱动能力、电容的大小等。不过一种可能的顺序是：在去除了外部3．3V的电压后，直流电压转换器的输出电压降低，同时PG引脚变高，关闭了场效应管，去除了DSP的I／O电压。
　　需要说明的一点是：因为PG引脚是漏极开路输出，所以要在源极与栅极之间加一个电阻，以确保当PG引脚变成高阻时，场效应管能够关闭。
1．2　使用场效应管和电源监测芯片
　　如果直流电源转换器没有PG管脚，则可以使用电源监测芯片（Supply Voltage Supervisor，SVS）来完成这个功能。这样不仅可以很好地保证上电和断电的顺序，还可以实现对DSP的复位。
　　在这个电路里，SVS负责监测外部输入电压。上电时，当3．3V电压超过SVS的门限电压200ms后，RESET引脚输出为低，驱动场效应管工作，把外部的3．3V电压加到DSP的I／O上。这里假设直流电源转换器的响应时间小于200ms。

在断电时，当去除3．3V的外部电压后，SVS检测到并马上输出一个RESET高，关闭场效应管，这样就可以保证在去除核电压前去除I／O电压。同样，这里也有一个假设，那就是在3．3V的电压衰减后，直流电压变换器还能持续输出很短时间的电压。当然，这也是一个合理的假设。
　　在这个电路里，TPS3824－33专门用来监测3．3V电压。这一系列的芯片可以监测1．1V到6V的电压，同时，SVS还有看门狗引脚WDI供设计者使用。SVS内部集成了一个带电复位生成器，只要其自身的供电电压在1V以上，就可以保证输出有效的RESET信号。一旦监测电压低于阈值电压时，复位逻辑输出被激活并使处理器复位。
　　如果直流电压转换器有PG引脚，则可以如图2所示：把PG引脚和RESET引脚用一个与门相连，输出到DSP的RESET引脚。当SVS的RESET引脚输出为低，或者DC／DC的PG引脚输出为低（表示现在电源输出未达到正常），都将实现对DSP的复位操作。
2　输入电压高于3．3V的情况
　　由于输入电压高于3．3V，所以在电路中还必须使用电压调节器。这里选用的是TI的低压差电压调节器（LDO），在实际设计中选用具体的LDO时，还要考虑输出电流的驱动能力等因素。在TI的网站上有为C5000和C6000系列推荐的电源系列。
2．1　带有PG引脚的低压差电压调节器
　　这种方案要求低压差电压调节器具有ENABLE引脚，直流电压转换器具有PG引脚。在上电时，当直流电压转换器输出正常电压后，PG引脚变低，使能LDO的ENABLE引脚，LDO工作，输出DSP的I／O电压，这样就可以让I／O电压的上电电压滞后于核电压的上电。这里的直流电压转换器可以是LDO也可以是开关电源，这取决于输出电流的要求。
　　同样，在断电时由于有很多不确定的因素，将无法保证准确的断电顺序。一种可能的顺序是：当去除外部3．3V电压后，直流电压转换器输出衰减，同时PG引脚输出为高，关闭LDO，去除DSP的I／O电压。对于特定的某一系统，需要通过试验来确定准确的断电顺序。TPS76733有一个加电启动的POR（Power－on－Reset）引脚，它与DSP的RESET引脚直接相连。

2．2　低压差电压调节器和SVS
　　如果对核电压供电的直流电压转换器没有PG引脚，则需要使用SVS来实现对I／O电压的延迟。这种方案与1．2小节介绍的方案很类似。在上电时，当输入电压超过阈值电压200ms后，RESET输出高，使能LDO输出I／O电压。在断电时，当外部电压衰减后，SVS的RESET输出高，关闭LDO从而关闭I／O电压，而直流电压转换器仍然可以持续供电很短的时间，这样就保证了断电的正确时序。在这里，SVS选用的是TPS3824－50，专门用来监测5V的输入电压。

如果对核电压供电的直流电压转换器有PG引脚，则若成本允许，也可以使用这种方法，同时还可以实现对DSP的复位。把SVS的RESET引脚和DC／DC的PG引脚通过一个与门相连，输出到DSP的RESET引脚，具体电路可以参考图2。
3　结束语
　　本文从总体上介绍了DSP的双电源解决方案，但是针对具体的电源要求，如最大输出电流、输出纹波电压、电源效率、输出电压容差等，都必须在电路设计和电源芯片的选择上加以考虑。值得注意的是文中没有包括必须的退耦电容。