TPS54350在信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用(圖)
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dc/dc轉(zhuǎn)換器tps54350可在信號處理系統(tǒng)中提供多個電壓，具有靈活、高效、緊湊等特點(diǎn)。
tps54350是具有內(nèi)部mosfet的高效dc/dc轉(zhuǎn)換器，連續(xù)輸出電流為3a時，支持輸入電壓范圍為4.5～20v，可使設(shè)計(jì)人員直接通過中壓總線(而非依賴額外的低電壓總線)為dsp、fpga和微處理器供電。
特性和功能
tps54350的輸入電壓為4.5～20v，輸出電壓可調(diào)低至0.891v，pwm頻率固定為250khz、500khz或250～700khz的可調(diào)節(jié)范圍，還具有完善的保護(hù)功能。
tps54350的管腳功能如下。
● vin：電壓輸入引腳，必須旁路接一個低差錯秒比率(esr)為10μf的陶瓷電容；
● uvlo ：低電壓鎖定輸出；
● pwrgd：開溝道輸出。引腳為低時，表示輸出低于期望的輸出電壓值。pwrgd比較器的輸出端有一個內(nèi)部的上升沿濾波器；
● rt：頻率設(shè)置引腳。在rt引腳與地(agnd)之間接一個電阻器來設(shè)置轉(zhuǎn)換頻率。將rt引腳與地連或是懸空，可以來得到一個內(nèi)部的備選頻率；
● sync：雙向io同步引腳。當(dāng)rt引腳懸空或置低時，sync為輸出；當(dāng)它與一個下降沿信號連接時，亦可作為一個輸入端口來同步系統(tǒng)時鐘；
● ena：使能引腳。低于0.5v時，芯片停止工作；懸空時被使能；
● comp：誤差放大器輸出；
● vsense：誤差放大器轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)，基準(zhǔn)電壓值；
● agnd：模擬地，內(nèi)部與感應(yīng)模擬地電路連接。與pgnd和powerpad連接；
● pgnd：電源地，與agnd和powerpad連接；
● vbias：內(nèi)部8.0v偏置電壓。引腳要接一個0.1μf的陶瓷電容；
● ph：相位，與外部l-c濾波器連接；
● boot：在boot引腳與ph引腳之間連接一個0.1μf的陶瓷電容。
圖1是tps54350的實(shí)際應(yīng)用電路圖，圖中給出的是其中的一種情況，其輸出電壓是可變的，通過改變電阻r2的值，來得到期望的輸出電壓值。圖中的輸入電壓為12v，輸出電壓為3.3v，其中r2的計(jì)算公式為 r2 = r1 x 0.891/(vo - 0.891)，此時的r2阻值為374ω，r1=1kω。
表1中給出當(dāng)r1=1kω和r1=10kω時的幾種輸出電壓之下的r2的值。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，就是運(yùn)用圖1所示的電路來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)不同的輸出電壓要求，賦給r2不同的阻值，其阻值的取法可參照表1。另外，對于一個設(shè)計(jì)者來說，在設(shè)計(jì)電路時要考慮到以下幾個因素，見表2。本系統(tǒng)中的r1阻值為1kω。
在信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用
本信號處理系統(tǒng)采用的是adi公司的adsp ts101s芯片所組成的多片某仿真雷達(dá)信號處理系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由五片dsp、一片cpld和七片tps54350組成。在以往使用max1951的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過多方面的設(shè)計(jì)考慮，系統(tǒng)采用了tps54350芯片。從表1可以看出，tps54350可以輸出3.3v和1.2v的電壓。系統(tǒng)中的dsp采用的是240mhz的時鐘，每個指令周期約為4.17ns。根據(jù)adsp ts101s的操作條件可知，當(dāng)溫度為25℃，時鐘cclk為250mhz時，典型情況下的vdd(1.25v)供電電流的典型值為1.2a，vdd_io的供電電流小于137ma。tps54350的額定輸出電壓為3a，所以此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的。
tigersharc dsp有三個電源，其中數(shù)字3.3v(vdd_io)為i/o供電；數(shù)字1.2v(vdd)為dsp內(nèi)核供電；模擬1.2v(v)為內(nèi)部鎖相環(huán)和倍頻電路供電。系統(tǒng)將主機(jī)送來的5v經(jīng)過tps54350得到3.3v和1.2v的電壓。各片dsp的數(shù)字1.2v(vdd_a)電源各由一片tps54350供給。五片dsp內(nèi)部模塊1.2v(vdd_a)由同一dsp芯片的vdd(+1.2v)經(jīng)濾波網(wǎng)絡(luò)后解決。五片dsp的i/o 3.3v電源直接由主機(jī)送來的5v經(jīng)過tps54350得到的3.3v統(tǒng)一供給，同時也提供cpld(ep1k30)的vcc_io(+3.3v)的電壓。其中cpld的vcc_int(+2.5v)利用tps54350輸出的+2.5v的電壓來供電。本文給出了系統(tǒng)的供電框圖，如圖2所示。圖3中給出了單片dsp的內(nèi)核供電框圖及外圍電路配置。
tps54350采用的是小型16引腳htssop封裝。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，建議設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)pcb時，最好給trs54350加上散熱片，電源線盡量粗。在tps54350的前后均加上了濾波網(wǎng)絡(luò)，盡量保證得到比較合適的電壓。
系統(tǒng)中的ep1k30產(chǎn)生上電復(fù)位波形和時序控制。由于ep1k30需要一個配置芯片，而且它和dsp存在一個上電先后的問題。也就是說，在上電后，如果cpld芯片完成配置文件的讀入時，dsp仍未上電穩(wěn)定，則應(yīng)充分延長tstart_io的低電平時間，以避免dsp上電未穩(wěn)定而cpld上電波形已結(jié)束。因此，應(yīng)保證dsp上電穩(wěn)定先于cpld芯片配置文件的讀入，此問題在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)予以充分重視，否則dsp將無法正常工作。tigersharc dsp要求數(shù)字3.3v和1.2v應(yīng)同時上電。若無法嚴(yán)格同步，則應(yīng)保證內(nèi)核電源1.2v先上電，i/o電源3.3v后上電。本系統(tǒng)在數(shù)字3.3v輸入端并聯(lián)了一個大電容，而在數(shù)字1.2v輸入端并聯(lián)了一個小電容，其目的就是為了保證3.3v充電時間大于1.2v充電時間，以便很好地解決電源供電先后的問題。
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