高性能信號處理器件的電源定序

諸如 DSP 與 FPGA 等高性能信號處理器件要求多種針對內(nèi)核及 I/O 電壓生成不同電壓的電源。電源輸出上電和斷電順序?qū)ζ骷僮骱烷L期可靠性至關(guān)重要。德州儀器 (TI) 提供的 SWIFT™ 系列高集成度電源管理 IC 能夠滿足上述電路必需的電源定序要求。

SWIFT™ 穩(wěn)壓器集成了所有設(shè)計(jì)高性能負(fù)載點(diǎn) dc/dc轉(zhuǎn)換器所需的有源組件：低電阻功率MOSFET、MOSFET驅(qū)動程序、脈寬調(diào)制比較器以及誤差放大器。完成 dc/dc 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的外圍器件是無源的，如感應(yīng)器、電容器和電阻器。根據(jù)設(shè)計(jì)，SWIFT™ 器件已專門用于實(shí)現(xiàn)靈活方便的定序而進(jìn)行了設(shè)計(jì)。特別是 TPS54X10 與 TPS54X80，這兩種器件類型能夠在上述應(yīng)用中良好運(yùn)行。這些器件可在 3～6V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并可降壓至 0.891V，而且具備3、6、8、9A 的額定版本。每種器件都具備兩種集成的 MOSFET，從而可提供同步校正功能以及超過90%的高效率。TPS54X10 器件具備集成的軟啟動功能，可控制啟動時的浪涌電流。TPS54X80 具有集成的定序特性。兩種器件均包括可與處理器上電復(fù)位輸入相連的電源安全訊號功能。

TPS54X80 專門針對具有關(guān)鍵電源定序要求的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。TPS54X80 可輕松實(shí)現(xiàn)上電定序的比例、同步或順序模式。該器件具有 TRACKIN 引腳，可實(shí)施不同的定序方法。TRACKIN 引腳具備一個模擬多路器，其可將 0.891V 的內(nèi)部參考電壓與 TRACKIN 引腳上的電壓相比較，并可將較低電壓與誤差放大器的非反向節(jié)點(diǎn)相連（見圖1）。

當(dāng) TRACKIN 引腳電壓低于內(nèi)部參考電壓時，TRACKIN 引腳電壓便為有效的參考電源。選擇TRACKIN 引腳上的分壓電阻器（如 R1 與 R2）將能夠確定上電定序方法。通過選擇適當(dāng)?shù)腡RACKIN 分壓比率，可實(shí)施比例或同步跟蹤。如圖1b所示，使用電阻電容器 (RC) 電路而不使用電阻分壓器將實(shí)施順序定序。

通過選擇TRACKIN引腳上分壓器的電阻器值，可實(shí)施比例定序。圖1中的電阻器 R3 及 R4 在正常操作時調(diào)節(jié)內(nèi)核的輸出電壓。圖1中的R1和R2決定定序方法。為簡化定序設(shè)計(jì)，不管定序方法如何，R1與R3的電阻器值均應(yīng)相等。因?yàn)槎ㄐ驊?yīng)用啟動時要求內(nèi)核電源低于I/O電源，所以R2 應(yīng)當(dāng)?shù)陀?R4 的值。同樣，對于上電時內(nèi)核電源應(yīng)高于I/O電源的應(yīng)用而言，R2應(yīng)當(dāng)大于R4。如果最大壓差不能超出軌之間范圍，則使用等式 1 計(jì)算 R2，其中 DV 表示I/O與內(nèi)核電源之間的最大壓差。

與比例實(shí)施相似，同步定序也采用TRACKIN引腳上的分壓器進(jìn)行實(shí)施。同步定序的目的是，在上電及斷電時最小化電源輸出間的壓差。我們可以使用等式2來計(jì)算R1/R2的比例。

對于同步定序而言，如果 R1 與 R3 相等，則 R2 將總與 R4 相等。圖2b中的波形顯示了典型的同步啟動波形。在斷電時，如果I/O電源高度負(fù)載且內(nèi)核電源輕微負(fù)載的話，則軌間的差異最小。這是由于內(nèi)核電源吸收電流的速度趕不上I/O電源下降的速度。在I/O輸出上添加更多降壓電容將控制此情況。

如圖1b 所示，我們通過電阻電容器 (RC) 電路將 I/O電源的電源好 (PWRGD) 引腳連接至 TPS54680 內(nèi)核轉(zhuǎn)換器的TRACKIN 引腳，從而實(shí)施順序啟動。電阻器R6發(fā)送PWRGD信號至Vin電源。電容器C4從TRACKIN接地。在圖2c的啟動波形中，+3.3V I/O電源首先上升。當(dāng)電源達(dá)到其最終的3.3V穩(wěn)定狀態(tài)值時，PWRGD引腳的漏極開路輸出釋放TRACKIN引腳，且內(nèi)核電源將以RC時間常量的速度上升。C4電容器用于在內(nèi)核電源啟動時最小化浪涌電流。當(dāng)TPS54X10 I/O電源的SSENA較低或當(dāng) I/O 電壓低于良好的穩(wěn)定電壓的 90% 時，PWRGD引腳啟動，并降低TRACKIN引腳。 理想情況下，I/O及內(nèi)核電源將以同電源上電時相反的順序斷電。如果內(nèi)核沒有負(fù)載或負(fù)載較輕，當(dāng) I/O 軌斷電時，則 TPS54X80 器件可吸收電流并將輸出電容器中存儲的能量傳輸至輸入電容器。

以上給出了采用 TPS54X10 與 TPS54X80 直流／直流轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)電源定序的三個例子，從而生成內(nèi)核及I/O電壓。TRACKIN引腳為在上述三種基本方法基礎(chǔ)上實(shí)施其他更改提供了靈活的方法。不同的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)或不同的電源安全訊號信號路由方式能夠改變定序順序或上升時的電壓等級差別

作者：德州儀器公司，美國德克薩斯州達(dá)拉斯  John Tucker / David Daniels

諸如 DSP 與 FPGA 等高性能信號處理器件要求多種針對內(nèi)核及 I/O 電壓生成不同電壓的電源。電源輸出上電和斷電順序?qū)ζ骷僮骱烷L期可靠性至關(guān)重要。德州儀器 (TI) 提供的 SWIFT™ 系列高集成度電源管理 IC 能夠滿足上述電路必需的電源定序要求。

SWIFT™ 穩(wěn)壓器集成了所有設(shè)計(jì)高性能負(fù)載點(diǎn) dc/dc轉(zhuǎn)換器所需的有源組件：低電阻功率MOSFET、MOSFET驅(qū)動程序、脈寬調(diào)制比較器以及誤差放大器。完成 dc/dc 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的外圍器件是無源的，如感應(yīng)器、電容器和電阻器。根據(jù)設(shè)計(jì)，SWIFT™ 器件已專門用于實(shí)現(xiàn)靈活方便的定序而進(jìn)行了設(shè)計(jì)。特別是 TPS54X10 與 TPS54X80，這兩種器件類型能夠在上述應(yīng)用中良好運(yùn)行。這些器件可在 3～6V 的輸入電壓范圍內(nèi)工作，并可降壓至 0.891V，而且具備3、6、8、9A 的額定版本。每種器件都具備兩種集成的 MOSFET，從而可提供同步校正功能以及超過90%的高效率。TPS54X10 器件具備集成的軟啟動功能，可控制啟動時的浪涌電流。TPS54X80 具有集成的定序特性。兩種器件均包括可與處理器上電復(fù)位輸入相連的電源安全訊號功能。

TPS54X80 專門針對具有關(guān)鍵電源定序要求的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。TPS54X80 可輕松實(shí)現(xiàn)上電定序的比例、同步或順序模式。該器件具有 TRACKIN 引腳，可實(shí)施不同的定序方法。TRACKIN 引腳具備一個模擬多路器，其可將 0.891V 的內(nèi)部參考電壓與 TRACKIN 引腳上的電壓相比較，并可將較低電壓與誤差放大器的非反向節(jié)點(diǎn)相連（見圖1）。

當(dāng) TRACKIN 引腳電壓低于內(nèi)部參考電壓時，TRACKIN 引腳電壓便為有效的參考電源。選擇TRACKIN 引腳上的分壓電阻器（如 R1 與 R2）將能夠確定上電定序方法。通過選擇適當(dāng)?shù)腡RACKIN 分壓比率，可實(shí)施比例或同步跟蹤。如圖1b所示，使用電阻電容器 (RC) 電路而不使用電阻分壓器將實(shí)施順序定序。

通過選擇TRACKIN引腳上分壓器的電阻器值，可實(shí)施比例定序。圖1中的電阻器 R3 及 R4 在正常操作時調(diào)節(jié)內(nèi)核的輸出電壓。圖1中的R1和R2決定定序方法。為簡化定序設(shè)計(jì)，不管定序方法如何，R1與R3的電阻器值均應(yīng)相等。因?yàn)槎ㄐ驊?yīng)用啟動時要求內(nèi)核電源低于I/O電源，所以R2 應(yīng)當(dāng)?shù)陀?R4 的值。同樣，對于上電時內(nèi)核電源應(yīng)高于I/O電源的應(yīng)用而言，R2應(yīng)當(dāng)大于R4。如果最大壓差不能超出軌之間范圍，則使用等式 1 計(jì)算 R2，其中 DV 表示I/O與內(nèi)核電源之間的最大壓差。

與比例實(shí)施相似，同步定序也采用TRACKIN引腳上的分壓器進(jìn)行實(shí)施。同步定序的目的是，在上電及斷電時最小化電源輸出間的壓差。我們可以使用等式2來計(jì)算R1/R2的比例。

對于同步定序而言，如果 R1 與 R3 相等，則 R2 將總與 R4 相等。圖2b中的波形顯示了典型的同步啟動波形。在斷電時，如果I/O電源高度負(fù)載且內(nèi)核電源輕微負(fù)載的話，則軌間的差異最小。這是由于內(nèi)核電源吸收電流的速度趕不上I/O電源下降的速度。在I/O輸出上添加更多降壓電容將控制此情況。

如圖1b 所示，我們通過電阻電容器 (RC) 電路將 I/O電源的電源好 (PWRGD) 引腳連接至 TPS54680 內(nèi)核轉(zhuǎn)換器的TRACKIN 引腳，從而實(shí)施順序啟動。電阻器R6發(fā)送PWRGD信號至Vin電源。電容器C4從TRACKIN接地。在圖2c的啟動波形中，+3.3V I/O電源首先上升。當(dāng)電源達(dá)到其最終的3.3V穩(wěn)定狀態(tài)值時，PWRGD引腳的漏極開路輸出釋放TRACKIN引腳，且內(nèi)核電源將以RC時間常量的速度上升。C4電容器用于在內(nèi)核電源啟動時最小化浪涌電流。當(dāng)TPS54X10 I/O電源的SSENA較低或當(dāng) I/O 電壓低于良好的穩(wěn)定電壓的 90% 時，PWRGD引腳啟動，并降低TRACKIN引腳。 理想情況下，I/O及內(nèi)核電源將以同電源上電時相反的順序斷電。如果內(nèi)核沒有負(fù)載或負(fù)載較輕，當(dāng) I/O 軌斷電時，則 TPS54X80 器件可吸收電流并將輸出電容器中存儲的能量傳輸至輸入電容器。

以上給出了采用 TPS54X10 與 TPS54X80 直流／直流轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)電源定序的三個例子，從而生成內(nèi)核及I/O電壓。TRACKIN引腳為在上述三種基本方法基礎(chǔ)上實(shí)施其他更改提供了靈活的方法。不同的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)或不同的電源安全訊號信號路由方式能夠改變定序順序或上升時的電壓等級差別