基于TPS54310的SOC电源电路设计

　　O 引言

　　目前，片上系统(SOC)芯片已经在无线通信、工业控制、视频监控等领域得到了越来越广泛的应用，SOC系统需要考虑接口驱动电路、动态电源管理和电源电路等问题，其中，良好的电源电路是成功实现系统功能的重要保障。本文就应用于视频监控的TMS320DM64xx系列SOC外部电源电路的设计进行了讨论。

　　1 TMS3320DM64xx系列SOC对电源的要求

　　TMS3320DM64xx系列SOC是应用于数字视频的片上处理平台，具有DSP与ARM双核结构，需要内核与I／0两种电源，而内核电源又分为CVDD(1．2V)和CVDDDSP(1．2V)，I／0电源分为DVDDl8(1．8V)，DVDDR2(1．8V)，DVDD33(3．3V)。由于通常TMS3320DM64xx用于嵌入式系统中，因而，电源电路设计不仅要考虑电压的精度、稳定度和外围电路的复杂度等问题，还要考虑低功耗问题，另外根据设计工艺，为了保证芯片正常工作，在系统上电、关机及稳压操作时，对这几种电源还有一定的排序要求，如果违反该要求，可能降低器件的性能或永久损坏器件。

　　图1(a)、图1(b)分别显示的是内核电源之间以及内核电源与I／0电源之间的上电时序。内核电源的上电时序依赖复位时选择的DSP启动模式：如果DSP初始化模式被配置为自启动模式，要求两个内核电源同时上电；如果DSP被配置为主机启动模式(即ARM启动DSP)，要求两个内核电源分别上电，CVIDD优先于CVDDDSP，而CVDDDSP必须在复位信号开启(关闭)之前上电。如图1(b)所示，I／O电源必须在CVDD电源上电后的100ns内上电，各个I／O电源的上电顺序没有要求。

　　根据TMS3320DM64xx SOC的数据手册，内核电源的最大电流为767mA，而I／O电源的最大工作电流是102 mA，参考TI提供的相关方案分析得出，性能优越的TPS543lx(x=0，l，2，3，4，5，6)系列DC／DC调节器符合系统设计要求，其中，TPS54310的输出可调，而没有内部补偿功能；其它芯片的输出不可调，而具有内部补偿。尽管具有内部补偿的芯片能够节约电路板空间并减少芯片总量，但由于多种型号芯片共存会引起调试难度的增大，故采用具有可调输出特性的TPS54310以降低系统调试难度。

　　2 TPS54310特性分析

　　TPS54310是一款开关电源调节器，其功能原理图如图2所示，能够实现低电压输入和高电流输出(输入电压范围为3～6V，输出电压在0．9~3．3V之间可调，输出电流为3A)；内部具有电压误差放大器，能够提高瞬态响应条件下的工作性能；可以分别从内部或外部设置慢启动方式；其良好的电源输出特性可用于处理器／逻辑复位、故障信号检测和连续电源。

　通过配置相应管脚或对内部编程可以实现以下功能。

　　2．1 灵活控制器件的启动／关断特性

　　上电过程中，当输入电压不够时，将内部电路置于静止状态，器件不工作；输入电压开始等于并超出正常的起始门限(2．95V)时，激活内部电路，控制器件开始工作。电压稳定后，当输入电压幅度再次降低到关闭门限(2．8V)时，器件停止工作。另外，由于内部比较器的滞后作用和2．5μs上升与下降沿抗尖峰电路的存在，降低了由于混入输入电压内的噪声而引起器件瞬间关断的可能性。

　　2．2 自定义启动时间

　　通过在SS／ENA(慢启动／芯片使能)管脚和AGND(模拟地)管脚之间加一个小电容(Css)能够达到延长启动时间的目的，延迟时间的计算公式为

　　2．3 设定转换频率

　　转换频率可以被设定为固定的350kHz或550kHz内部振荡器频率，也可以被设定为可调的280kHz～700kHz。振荡频率的设定由SYNC和RT管脚共同决定，当SYNC悬空或接地，而RT悬空时，转换频率为350kHz；当SYNC接入大于2．5V的电压，而RT悬空时，转换频率为550kHz；当SYNC悬空，而RT与地之间接入68k到180k之间的电阻时，转换频率为可调的280kHz～700kHz。

　　转换频率的计算公式为

　　式中：Fsw为转换频率；R为端接在RT引脚上的电阻值。

　　2．4 过电流保护

　　判断电流流向，当电流从VIN流向PH时，启动高端场效应管和差分放大器，器件能够感知流经高端场效应管和差分放大器的电流，并将之与过电流门限进行比较，限流操作在每开关周期内进行。当达到限流门限时，高端场效应管会在200ns时间内关断，在吸收电流过量时，由热关断电路进行负载保护。

　　2．5 热关断

　　当温度超出150℃时，使用热关断电路关闭内部场效应管的电源，当温度低于热关断触发点10℃时，器件停止关断状态，并在慢启动电路的控制下重新开始工作。

　3 基于TPS54310的SOC电源电路设计

　　参考SWIFT De signer软件，设计了基于TPS54310的TMS3320DM64xX SOC的三种电源电路，以3．3V I/O电源电路为例(参见图3)，其主要步骤如下。

　　3．1 选择转换频率

由前节的特性分析可知，转换频率分为固定和可调两种。由于