用智能解决方案为处理器供电

为满足3G-LTE基站的要求，DSP处理器的处理能力和吞吐量都在提高。这些多核处理器很多都具备GHz级速度，并使用加速器来提高吞吐量。尽管这些新特性通过支持更多的信道提高了基站的密度，但也给设计人员设计出功率更高、鲁棒性更好的电源增加了难度。质量不好的电源可造成电压下降或电流不够，从而导致随机逻辑故障。设计良好的DSP电源可为负载瞬变提供足够的电流，能够处理浪涌电流，并准确执行启动电源序列。

随着移动电话普遍从单纯的沟通媒介向网络访问和电子邮件功能转变，满足客户对无线数据服务的需求，已成为无线运营商面临的一个新挑战。过去，有线连接可以通过增加更多电缆来提高带宽。不幸的是，对无线运营商而言，提高数据速度和容量的方法要求他们创造出新的技术和标准。这样，从最初的FM无线蜂窝技术(1G)转变到CDMA GSM(2G)，然后又转变到CDMA2000(3G)。为满足全新的LTE/WiMAX(4G)标准的要求，用以处理更高吞吐量的DSP处理器的处理复杂度显著增加。

为复杂DSP处理器设计良好的电源，其重要性不应被忽视。良好的电源应能应对动态负载切换状况，并仍能控制高速处理器设计中的噪声和串扰。DSP处理器中的动态瞬变是由很高的开关频率和进出低功率模式过程所造成的。这些快速瞬变可能会造成很大的电压陡降(取决于电源设计的带宽和布局)。此外，电源还应能够处理总线冲突和去耦电容器充电导致的大浪涌电流。如果电源没有管理较大电流的能力，输出电压便会下降到低于处理器所能容忍的最低电压。

当选择DSP电源时，选择稳压器类型是设计人员首先要做的决策之一。有两种稳压器类型，即线性稳压器和开关稳压器。线性稳压器易于使用，因为它们的拓扑简单，由一个导通元件与一个错误放大器组合而成。众所周知，线性稳压器的输出噪音较低，瞬态性能也较好，这是因为环路带宽通常较高。线性稳压器的主要缺点是在高负载下及输入输出电压差距较大时，效率较低。功率损耗的计算公式如下：

通常，输入电压为5V或3.3V，输出电压会降到1.0~1.2V。两者的差距在经过5A或更高的负载放大后，可导致超出线性稳压器设备能够接受的功率损耗。因此，给处理器供电的普遍选择是开关稳压器。开关稳压器采用一个电感器和一个电容器，在输入输出之间实现能量的存储和传输。由于导通元件并不是始终导通并向输出端传输能量，所以与线性稳压器相比，开关稳压器的能效更高。开关稳压器可提供脉冲频率调制(PFM)和脉冲宽度调制(PWM)两种类型。PFM开关稳压器的轻负载能效较高，这对DSP处理器进出低功耗模式而言非常重要。该技术的缺点在于噪音一般比PWM稳压器大，因为每个周期开始都会有大量电流涌向输出。通过在输出端添加电容可降低这种噪声。PWM稳压器工作在固定频率下，通过不断改变脉冲宽度来保持正确的输出电压。一般情况下，PWM稳压器的噪音更低，工作在更高频率下可采用更小的元件。但是，它们在轻负载下的能效较低，这会使处理器在低功率模式下出现问题。

对于每一个DSP处理器数据规格来说，电源电压的容差都是非常重要的一项指标。为处理器供电的电源绝对不能超出容差范围。为满足这一规定，电源必须能应对诸多挑战，因此必须谨慎规划方能找到合适的电源。电源的输出电压精度可在很大程度上影响容差。例如，典型的 DSP 处理器需要1.2V的内核电压和1.8V的输入/输出电压，容差均为5%。如果电源的过热输出精度为2%，那么设计人员将只有3%的容差余地来满足其他方面的要求。幸运的是，电源的输入电压相对稳定，并且通过对去耦电容器进行精心布局，设计人员无须担心线性调整方面的规范。但是，设计人员必须对负载调整规范多加注意，因为DSP处理器将面临多个负载以及进出多个低功率模式的情况。一般的负载调整规范可能有0.2~0.5%的变动，这进一步影响了电源的总容差。最后，负载变化将不仅影响到调整，还会因其快速动态特性造成电源出现较大的快速负载瞬变。电源的响应必须快速而有力度，才能在这些动态瞬变中保持输出电压的稳定。大型输出电容器将有助于缓解电压下降，但大部分电能都将来自电源的环路带宽和增益。电源的环路带宽决定电源应对负载变化的响应速度，而增益则可显示反应的强度。

图1：DSP处理器的电源容差。

图1显示了在5%的容差下，负载调整和精度已经占用了2.2%的容差，电源仅有33mV余量应对处理器可能遇到的任何瞬变。在选择 DSP电源时，设计人员需谨慎处理这些规范和电源的负载瞬变行为。

图2：开关稳压器的布局因素。

电源设计的良好布局的优势经常会被设计人员所忽视。正确放置去