POL 電源設(shè)計(jì)技術(shù)和參考設(shè)計(jì)~-

1、pol 電源設(shè)計(jì)技術(shù)和參考設(shè)計(jì)*因?yàn)楦叩募啥取⒏斓奶幚砥鬟\(yùn)行速度以及更小的特征尺寸，內(nèi)核及i/o的負(fù)載點(diǎn)(pol)處理器電源設(shè)計(jì)變得越來越具挑戰(zhàn)性。處理器技術(shù)的進(jìn)展必需和pol電源設(shè)計(jì)技術(shù)相匹配。5年或10年以前用法的解決計(jì)劃，對(duì)于當(dāng)今的高性能處理器而言，可能不再那么行之有效了。因此，當(dāng)我們?yōu)閠i的davinci數(shù)字信號(hào)處理器 ()舉行pol電源解決計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)基本電源技術(shù)的充分了解可以協(xié)助我們克服許多設(shè)計(jì)困難。本文將對(duì)一系列適用于該davinci處理器的電源去耦、浪涌、穩(wěn)壓精度和排序技術(shù)舉行研究。我們將以用法了 ti 電源管理產(chǎn)品的一個(gè)電源管理參考設(shè)計(jì)為例來提供對(duì)這些論述的支持。能量

2、之源大型旁路去耦處理器所用法的所有電流除了由電源本身提供以外，處理器旁路和一些電源的大型電容也是提供電流的重要來源。當(dāng)處理器的任務(wù)級(jí)別(level of activity)急劇變幻而浮現(xiàn)陡峭的負(fù)載瞬態(tài)時(shí)，首先由一些本地旁路電容提供瞬時(shí)電流這種電容通常為小型陶瓷電容，其可以對(duì)負(fù)載的變幻迅速響應(yīng)。隨著處理速度的增強(qiáng)，對(duì)于更多能量存儲(chǔ)旁路電容的需求變得更為重要。另一個(gè)能量來源是電源的大型電容。為了避開浮現(xiàn)穩(wěn)定性問題，必需注重一定要確保電源的穩(wěn)定性，并且可以利用添加的旁路電容正確地啟動(dòng)。因此，我們要保證對(duì)電源反饋回路的補(bǔ)償以適應(yīng)額外的旁路電容。電源評(píng)估板 (evm) 在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上可能十分有效，但在負(fù)載附

3、近添加了許多旁路電容的狀況下其性能可能會(huì)發(fā)生變幻。作為一個(gè)閱歷法則，我們可以通過盡可能近的在處理器功率引腳處放置多個(gè)0603或0402電容（60用于內(nèi)核電壓，而30用于dm6443的i/o電壓），從而將davinci電源電壓從系統(tǒng)噪聲中徹低去耦。更小型的0402電容是較好的挑選，由于其寄生較低。較小的電容值（例如，560pf）應(yīng)當(dāng)最為臨近功率引腳，其距離僅為1.25cm。第二，最為臨近功率引腳的是中型旁路電容（例如，220nf）。建議每個(gè)電源起碼要用法8個(gè)小型電容和8個(gè)中型電容，并且應(yīng)緊挨著bga過孔安裝（占用內(nèi)部bga空間，或者起碼應(yīng)在外部角落處）。在更遠(yuǎn)一點(diǎn)的地方，可以安裝一些較大的大型電

4、容，但也應(yīng)當(dāng)盡可能地逼近處理器。浪涌電流具有大旁路電容的電源存在啟動(dòng)問題，由于電源可能無法對(duì)旁路電容充電，而其正是啟動(dòng)期間滿足處理器要求所需要的。因此，在啟動(dòng)期間，過電流可能會(huì)引起電源的關(guān)斷，或者電壓可能會(huì)臨時(shí)地下降（變?yōu)榉菃握{(diào)狀態(tài)）。一個(gè)很好的設(shè)計(jì)實(shí)踐是確保電壓在啟動(dòng)期間不發(fā)生壓降、過沖或承受長(zhǎng)時(shí)光的高壓狀態(tài)。為了削減浪涌電流，可以通過增強(qiáng)內(nèi)核電壓電源的啟動(dòng)時(shí)光，來允許旁路電容緩慢地充電。許多dc/dc調(diào)整器都具有獨(dú)特的可調(diào)軟啟動(dòng)引腳，以延伸電壓斜坡時(shí)光。假如調(diào)整器不具有這種軟啟動(dòng)引腳，那么我們可以利用一個(gè)外部 以及一種rc充電計(jì)劃，來從外部對(duì)其舉行實(shí)施。我們還推舉用法一種帶有電流限制功能的

5、dc/dc調(diào)整器，來協(xié)助維持一種單調(diào)的電壓斜坡。實(shí)施一個(gè)軟啟動(dòng)計(jì)劃有助于滿足davinci處理器的排序要求。排序越來越多的處理器廠商將提供推舉的內(nèi)核及i/o上電排序的時(shí)序準(zhǔn)則。一旦獲知時(shí)序要求，pol電源設(shè)計(jì)人員便可挑選一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)。對(duì)一個(gè)雙路電源上電和斷電的辦法有無數(shù)種：挨次排序和同時(shí)排序是最為常用的兩種辦法。當(dāng)在內(nèi)核和i/o上電之間要求一個(gè)較短的毫秒級(jí)時(shí)光間隔時(shí)，我們就可以實(shí)施挨次排序。實(shí)施挨次排序的一種辦法是，只需將一個(gè)穩(wěn)壓器的 pwergood引腳銜接至另一個(gè)穩(wěn)壓器的enable引腳即可。當(dāng)內(nèi)核和i/o電壓差在上電和斷電期間需要被最小化時(shí)，就需要用法同時(shí)排序。要實(shí)施同時(shí)排序，內(nèi)核和i

6、/o電壓應(yīng)彼此緊密地跟蹤，直到達(dá)到較低的抱負(fù)電壓電平。在這一點(diǎn)上，較低的內(nèi)核電壓達(dá)到了其設(shè)定值要求，而較高的i/o電壓將可以繼續(xù)升高至其設(shè)定值。在自升壓模式中，davinci處理器要求對(duì)cvdd和cvdddsp內(nèi)核電源舉行同時(shí)排序。在主機(jī)升壓模式中，cvdd 必需斜坡升高，并在cvddsp開頭斜坡升高以前達(dá)到其設(shè)置值(1.2v)。作為一個(gè)最大值，cvdddsp 電源必需在關(guān)閉（開啟）“始終開啟”和dsp域之間的短路開關(guān)以前上電。我們可以以任何挨次啟動(dòng)i/o電源（dvdd18、dvddr2和dvdd33），但是必需在cvdd電源100ms的同時(shí)達(dá)到其設(shè)定值。穩(wěn)壓精度電源系統(tǒng)的電壓容差有幾個(gè)影響因

7、素。電壓基準(zhǔn)精度就是最為重要的一個(gè)影響因素，我們可以在電源管理器件的產(chǎn)品解釋書中找到其規(guī)范。新型穩(wěn)壓器要求達(dá)到±1%的精度或更高的溫度基準(zhǔn)精度。一些成本較低的穩(wěn)壓器可能會(huì)要求±2%或±3%的基準(zhǔn)電壓精度。請(qǐng)?jiān)诋a(chǎn)品解釋書中查看穩(wěn)壓器廠商的相關(guān)規(guī)范，以確保穩(wěn)壓精度可以滿足處理器的要求。另一個(gè)影響穩(wěn)壓精度的因素是穩(wěn)壓器外部反饋的容差。在要求精確容差值的狀況下，我們推舉用法±1%的容差電阻。另外，在將這種電阻用于編程輸出電壓時(shí)，其將會(huì)提供額外±0.5%的精度。詳細(xì)的計(jì)算公式如下：輸出電壓精度=2×(1-vref/vout)×tolr

8、es第三個(gè)影響因素是輸出紋波電壓。一個(gè)卓越的設(shè)計(jì)實(shí)踐是針對(duì)低于1%輸出電壓的峰至峰輸出電壓舉行設(shè)計(jì)，其可使電源系統(tǒng)的電壓精度提高±0.5%。假設(shè)為±2%基準(zhǔn)精度，那么這3個(gè)影響因素加在一起則為±3%的電源系統(tǒng)精度。davinci cvdd電源要求一個(gè)可帶來±4.2%精度的50mv容差的1.2v典型內(nèi)核電源。3.3v dvdd電源具有一個(gè)可帶來±4.5%精度的150mv的容差，而1.8v dvdd電源則具有一個(gè)可帶來±5%精度的90mv的容差。使穩(wěn)壓器逼近負(fù)載來削減路由損耗是十分重要的。需要注重的是，假如電源具有3%的容差，且處理器內(nèi)核

9、電壓要求具有4.2%容差的狀況下，我們就必需對(duì)去耦網(wǎng)絡(luò)舉行設(shè)計(jì)，以能夠適應(yīng)1.2v電壓軌的1.2%精度或14mv容差。歷史閱歷數(shù)據(jù)顯示，內(nèi)核電壓隨著處理技術(shù)的進(jìn)展而不斷降低。對(duì)內(nèi)核電壓稍作轉(zhuǎn)變，便可提供更高的性能，或節(jié)約更多的電量。挑選一個(gè)具有可編程輸出電壓和±3% 以上輸出電壓容差的穩(wěn)壓器是一種較好的設(shè)計(jì)辦法。相比從零開頭重新設(shè)計(jì)一種全新的電源，容易的電阻器變幻或引腳重新配置要簡(jiǎn)單得多。因此，我們要挑選一款可以支持低至0.9v或更低輸出電壓的穩(wěn)壓器，以能夠最大化地重用，并協(xié)助簡(jiǎn)化ti片上系統(tǒng)()器件將來版本的用法。參考設(shè)計(jì)我們構(gòu)建了若干電源管理參考設(shè)計(jì)，并經(jīng)過數(shù)字音頻/視頻應(yīng)用的測(cè)

10、試。這些應(yīng)用均用法了ti的tms320dm6443和tms320dm6446處理器，其能夠滿足排序、電壓精度和啟動(dòng)要求。圖1顯示了12v電源的參考設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)用法了tps62111同步降壓轉(zhuǎn)換器、tps62040同步降壓轉(zhuǎn)換器以及tps73618低壓降調(diào)整器，以分離提供3.3v、1.2v和1.8v電壓軌。這種參考設(shè)計(jì)包含了一個(gè)容易的外部mosfet、電阻和電容延遲，以使3.3v電壓軌能夠適應(yīng)自升壓模式排序計(jì)劃要求。tps62040不但提供了1.2v的內(nèi)核電壓，而且還可滿足引腳5軟啟動(dòng)電容的排序要求。這種解決計(jì)劃擁有±3%容差，90%以上的效率。為了能夠適應(yīng)主機(jī)升壓模式排序計(jì)劃要求，我們可以添加一個(gè)類似的mosfet、電阻以及電容電路添加至1.2v電壓軌。圖1顯示了復(fù)位電路，該電路用法tps3808和tps3803電源電壓監(jiān)控器來監(jiān)控電壓軌的變幻狀況。請(qǐng)您用法最小值的tps38