基于同步降壓DC/DC調(diào)整器的供電模塊設(shè)計(jì)

·SYNC(27腳)：同步輸入，可提供外部振蕩器同步邏輯信號(hào)，此時(shí)要求RT引腳必須連接一個(gè)電阻，在內(nèi)部振蕩時(shí)用于開(kāi)關(guān)頻率的切換。

·RT(28腳)：頻率設(shè)置電阻輸入，在RT和AGND間連接一個(gè)電阻可以設(shè)置開(kāi)關(guān)頻率， 當(dāng)使用SYNC端時(shí)， 通過(guò)RT設(shè)置的頻率應(yīng)稍低于外部振蕩器的頻率。

電路設(shè)計(jì)

圖2所示為兩片F(xiàn)PGA的供電電路，其中的一片TPS54610提供兩片F(xiàn)PGA的VCCINT電壓，另一片TPS54610給兩片F(xiàn)PGA的VCCAUX和VCCO供電。設(shè)計(jì)該電路時(shí)主要應(yīng)考慮輸入輸出濾波、反饋電路以及開(kāi)關(guān)頻率的選擇等方面。

1、輸入輸出濾波

電路的輸入為5V直源電源，輸入濾波電容C2(C3)為330μF，可減少輸入波紋電壓。輸入旁路電容C1(C4)為10μF，可有效地去除輸入電壓中的高頻分量，這幾個(gè)電容制版時(shí)都要盡可能靠近芯片。輸出濾波網(wǎng)絡(luò)由6.8μH的電感L1(L2)與22μF的電容C11(C22)和330μF的電容 C12(C16)組成。

2、補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)

圖2中的R4、R5組成的分壓網(wǎng)絡(luò)使輸出的VCCINT電壓為1.5V，R12、R13組成的分壓網(wǎng)絡(luò)使輸出的VCCO電壓為3.3V。 R4(R12)、R3(R11)、R6(R14)、C8(C20)、C17(C26)與C18(C19)形成了電路的環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。這些元器件的選取方法很多，本設(shè)計(jì)中主要考慮其穩(wěn)定性和較寬的帶寬。補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮補(bǔ)償誤差放大器的增益不被限制。其次，補(bǔ)償誤差放大器應(yīng)將COMP引腳的波紋電壓降到100mV左右。另外，電路總的回路串?dāng)_頻率應(yīng)小于開(kāi)關(guān)頻率的1/8，同時(shí)相角裕量至少應(yīng)為45°。通過(guò)圖中補(bǔ)償元件的參數(shù)設(shè)計(jì)可將總的回路響應(yīng)串?dāng)_頻率范圍限制在10kHz～70kHz之間，相位裕量范圍設(shè)定在60°～90°之間，同時(shí)圖中各電阻的偏差應(yīng)小于1%，電容偏差應(yīng)小于10%。

3、開(kāi)關(guān)頻率的選擇

TPS54610的開(kāi)關(guān)頻率在280kHz～700kHz之間是可調(diào)節(jié)的。當(dāng)SYNC引腳接地時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率為350kHz，當(dāng)SYNC接輸入電源電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率為550kHz。當(dāng)RT和AGND之間接180kΩ～68kΩ的電阻時(shí)，可以在280kHz～700kHz之間調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，其中電阻R的計(jì)算公式為 ，這時(shí)，SYNCH腳應(yīng)斷開(kāi)。開(kāi)關(guān)頻率的選擇要考慮轉(zhuǎn)換效率和元件尺寸，較高的工作頻率允許使用較低數(shù)值的電感和電容，反之，則因減少了內(nèi)部開(kāi)關(guān)損失而提高效率，但需較大的電感和電容以降低輸出紋波。本設(shè)計(jì)將開(kāi)關(guān)頻率選定為最高的700kHz，此時(shí)，通過(guò)計(jì)算可得R1為71.5kΩ。

偏置電容C6和C21采用1.0μF的陶瓷電容，連接到VBIAS腳和AGND腳之間，自舉電容C9和C25采用0.047μF的陶瓷電容，連接到BOOT腳和PH腳之間。2.4 軟啟動(dòng)及系統(tǒng)使能

SS/ENA腳有兩個(gè)功能：一是作為使能信號(hào)控制芯片的關(guān)閉或啟動(dòng)，啟動(dòng)閾值電壓大約為1.2V。缺省時(shí)，芯片處于關(guān)閉狀態(tài)，直到SS/ENA的電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，芯片開(kāi)始啟動(dòng)。TPS54610內(nèi)部慢啟動(dòng)時(shí)間為3.35ms，反饋到誤差放大器的基準(zhǔn)電壓在3.35ms內(nèi)從0V線性上升到 0.891V，同樣地，芯片的輸出電壓在3.35ms內(nèi)上升到穩(wěn)定值。

另一個(gè)功能是通過(guò)與AGND腳之間連接的一個(gè)小電容Css設(shè)置啟動(dòng)時(shí)延td及軟啟動(dòng)時(shí)間tss。其中，啟動(dòng)時(shí)延td的大小與Css的大小是成比例的，即td=Css×1.2V/5μA，軟啟動(dòng)時(shí)間即輸出電壓的上升時(shí)間tss的調(diào)整是通過(guò)公式 tss=Css×0.7V/5μA進(jìn)行的。

因此，在為VCCINT供電的TPS54610芯片的SS/ENA腳外接一個(gè)0.056μF的電容C5，為VCCAUX和VCCO供電的 TPS54610芯片的SS/ENA腳接0.33μF的C24后，外加5V電壓時(shí)，0.013ms后為VCCINT供電的TPS54610芯片開(kāi)始啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)0.0078ms后，輸出VCCINT穩(wěn)定為1.5V。此時(shí)，PWRGD引腳輸出為高電平，為VCCAUX和VCCO供電的TPS54610芯片 SS/ENA腳為高電平，0.079ms后該芯片開(kāi)始啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)0.046ms后，VCCAUX和VCCO的輸出達(dá)到穩(wěn)定的3.3V。當(dāng)VCCINT輸出的電壓低于1.35V(即正常值的90%)時(shí)，PWRGD腳輸出為低電平，使得為VCCAUX和VCCO供電的TPS54610芯片的SS/ENA腳為低電平，此時(shí)芯片關(guān)閉，VCCAUX和VCCO輸出為0。

PCB設(shè)計(jì)

該電路的PCB設(shè)計(jì)采用雙層板設(shè)計(jì)。首先進(jìn)行整體布局，布局時(shí)要考慮PCB的形狀和尺寸。通常，電路板的最佳形狀為矩形，PCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加;而PCB尺寸過(guò)小時(shí)，散熱不好，且鄰近線條易受干擾。由于設(shè)計(jì)的PCB板上有由4片TPS54610 和2片TPS79425組成的兩個(gè)供電單元，根據(jù)芯片尺寸，本次設(shè)計(jì)的尺寸為149.8mm×70.47mm。

確定了PCB的尺寸后，先要確定特殊元件的位置，再根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路中的全部元器件進(jìn)行布局。其中，需注意以下幾點(diǎn)：①易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，熱敏元件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱元件;②對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件應(yīng)放在印制板上方便于調(diào)節(jié)的地方;③應(yīng)留出印制板定位孔及固定支架所占用的位置。在本設(shè)計(jì)中，輸入的+5V電壓源插座位于板子的上方，輸出插座位于板子的左右兩側(cè)，兩個(gè)供電單元呈中心對(duì)稱分布，距離適當(dāng)。布局時(shí)需要對(duì)所選用元件器及各種插座的規(guī)格、尺寸、面積等有完全的了解，對(duì)各部件的位置安排作合理、仔細(xì)考慮，主要應(yīng)從電磁場(chǎng)兼容性、抗干擾、走線短、交叉少、電源和地的路徑及去耦等方面考慮。位于電路板邊緣的元器件與電路板邊緣距離一般不小于2mm。