討論DSP系統(tǒng)中延遲電池壽命關(guān)鍵--DC/DC穩(wěn)壓器

　　動態(tài)電源管理

　　處理器的功耗與工作電壓(VCORE)的平方成正比，并且與工作頻率(FSW)成正比。因此，降低頻率能夠使動態(tài)功耗線性下降，而降低內(nèi)核電壓可以使動態(tài)功耗指數(shù)下降。

　　在對功耗敏感的應(yīng)用中，當(dāng)DSP僅簡單地監(jiān)視系統(tǒng)活動或者等待外部觸發(fā)信號時，在保持供電電壓不變的情況下改變時鐘頻率，這對降低功耗是非常有用的。然而，在高性能電池供電的應(yīng)用中，僅改變頻率并不能顯著節(jié)約電能。Blackfin處理器以及其他的具有高級電源管理功能的DSP可以依次改變內(nèi)核電壓和頻率，由此可以在任何情況下均實現(xiàn)最優(yōu)的電池利用。

　　ADSP-BF53x系列Blackfin處理器中的動態(tài)電壓的穩(wěn)壓通常是由內(nèi)部電壓控制器和外部MOSFET實現(xiàn)的。該方法的優(yōu)點在于，可以將單電壓(VDDEXT)施加到DSP子系統(tǒng)，從MOSFET得到的所需的內(nèi)核電壓(VDDINT)。通過內(nèi)部寄存器可以軟件控制內(nèi)核電壓，以便于控制MIPS，并且最終控制能耗，由此實現(xiàn)最優(yōu)的電池壽命。

　　為了完整地實現(xiàn)Blackfin內(nèi)部穩(wěn)壓方案，需要一個外部MOSFET、肖特基二極管、大電感和多個輸出電容器，該解決方案價格相對昂貴，效率卻很差，而且占用的PCB板面積是相對較大的，這給系統(tǒng)設(shè)計人員帶來了很大的矛盾，在集成穩(wěn)壓器中需要使用大電感和電容器，不利于消費者所希望的便攜式設(shè)備盡可能小型化。該集成穩(wěn)壓控制器的效率是相對較低，通常僅為50%~70%，因此該方法不太適用于高性能手持式電池供電應(yīng)用。

　　外部穩(wěn)壓

　　通過新型DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器設(shè)計方法，可以將Blackfin集成方法本身的效率提高到90%或更高。而且，在使用外部穩(wěn)壓器時可以減小外部元件的尺寸。

　　還可以使用多種動態(tài)電壓調(diào)整(DVS)控制方案，包括開關(guān)電阻器(其在某些情況中可由DAC實現(xiàn))和脈寬調(diào)制(PWM)(其可以實現(xiàn)與內(nèi)部方法相同的精度)。不論使用哪種方案，其必須能夠通過軟件控制改變穩(wěn)壓電平。上述穩(wěn)壓控制方法在內(nèi)部穩(wěn)壓器是集成的，而在外部穩(wěn)壓中必須通過外加器件來實現(xiàn)。

　　本文描述了兩種使用ADP2102同步DC-DC轉(zhuǎn)換器調(diào)節(jié)DSP內(nèi)核電壓的方法，當(dāng)處理器在低時鐘速度下運行時，可動態(tài)地將內(nèi)核電壓從1.2 V調(diào)節(jié)到1.0V.

　　ADP2102高速同步開關(guān)轉(zhuǎn)換器在由2.7V~5.5V的電池電壓供電時，可以使內(nèi)核電壓低到0.8 V.其恒定導(dǎo)通時間的電流模式控制以及3MHz開關(guān)頻率提供了優(yōu)良的動態(tài)響應(yīng)、非常高的效率和出色的源調(diào)整率和負載調(diào)整率。較高的開關(guān)頻率允許系統(tǒng)使用超小型多層電感和陶瓷電容器。ADP2102采用3 mm×3 mm LFCSP封裝，節(jié)約了空間，僅需要三或四個外部元件。而且ADP2102包括完善的功能，諸如各種安全特征，如欠壓閉鎖、短路保護和過熱保護。

　　圖3示出了實現(xiàn)DVS的電路。ADSP-BF533 EZ-KIT Lite評估板上的3.3 V電源為降壓轉(zhuǎn)換器ADP2102供電，使用外部電阻分壓器R1和R2將ADP2102的輸出電壓設(shè)定為1.2 V.DSP的GPIO引腳用于選擇所需的內(nèi)核電壓。改變反饋電阻值可以在1.2 V~1.0 V的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)內(nèi)核電壓。通過與R2并聯(lián)的電阻R3，N溝MOSFET可以修改分壓器。相比于R3，IRLML2402的RDSon較小，僅為0.25Ω。3.3 V的GPIO電壓用于驅(qū)動MOSFET的柵極。為了獲得更好的瞬態(tài)性能并改善負載調(diào)整率，需要加入前饋電容器CFF.

　　圖3.使用外部MOSFET和Blackfin PWM控制進行ADP2102的動態(tài)電壓調(diào)整

　　對于雙電平開關(guān)，一般的應(yīng)用要求是：

　　DSP內(nèi)核電壓(VOUT1)= 1.2 V

　　DSP內(nèi)核電壓(VOUT2)= 1.0 V

　　輸入電壓= 3.3 V

　　輸出電流= 300 mA

　　使用高阻值的分壓電阻可將功率損失降到最低。前饋電容在開關(guān)過程中降低柵漏電容的影響。通過使用較小的反饋電阻和較大的前饋電容可以使該暫態(tài)過程中引起的過沖或下沖最小，但這是以額外的功耗為代價的。

　　圖4示出了輸出電流IOUT、輸出電壓VOUT和控制電壓VSEL.VSEL為低電平時，輸出電壓為1.0 V，VSEL為高電平時，輸出電壓為1.2 V.

　　圖4.通過MOSFET調(diào)節(jié)下面的反饋電阻器