采用TMS320C6678 DSP进行开关电源的设计

TMS320C6678 DSP是TI最新发布的一款基于KeyStone架构的DSP，芯片内有8个内核，工作速度可达10 GHz.随着这款产品各方面的性能指标增加，对电源供应也提出了很高的要求，普通的稳压电源早已不能满足。由于现在的信号处理板上大多需要多片DSP协同工作，所以在本设计中，以两片6678DSP电源方案为例，将UCD9244作为电源的主要控制芯片，设计出的电源可同时满足这两片DSP的供电需求。

1 电源硬件电路设计与计算

1.1 系统总体方案设计

　　图1是系统的组成框图。采用统一的12 V电源进行供电，DSP的内核电压由一片UCD9244和两片UCD7242组成；经过TPS54620产生的3.3 V电源可以为其他的电源电路供电；大部分的模块电源需要经过滤波网络的处理，这样做可以降低电源的纹波、噪声，同时也可以很好地解决PCB布板带来的其他干扰问题。

 图1 系统组成框图

　　虽然DSP不要求内核电压与IO之间有特殊的上电时序，但假如有某个模块的电源处于错误状态时，得保证整个系统的所有电源都不在工作，否则，会严重影响器件的使用寿命与可靠性。所以，在本设计中，上电时序为CVDD，VCC1V0，VCC1V8，VCC1V5，VCC0V75;其中CVDD与VCC1V0的上电时序通过对UCD9244芯片进行编程实现，其他模块的上电时序通过TPS3808系列芯片，前一级对后一级产生控制信号实现。掉电时序和上电时序完全相反，这样可以防止大量的静态电流和器件过压情况发生。

　　任何DC/DC变换器在开始设计时，工作频率的选择都是很关键的。它主要取决于3个因素：最大效率，最小尺寸和闭环带宽。工作频率高，通常效率就低，设计尺寸小。综合考虑，在本设计中，选择750 kHz.

　　在设计的最后，为关键的电源供电部分添加了信号指示灯，若上电正常则可以使LED亮，它在电路中的作用主要是为了方便调试，同时，在电路上电不正常的时候可以马上发现哪个模块出错，从而可以很快地找到原因。

1.2 UCD9244控制电路

　　UCD9244芯片是数字PWM控制器，能同时控制4路输出，开关频率达到2 MHz，采用PMBus v1.2标准。PMBus是电源管理总线，是从SMBus发展过来的，在数字通信总线上与电源转换器进行交流。图2是UCD9244的控制电路图，输出电压的调节主要有两种方式，一种是通过VID接口，这种方式需要有DSP或者专用集成电路的控制，但本设计中本来就是作为DSP的电源，所以采用另一种调节方式--通过PMBus命令语句，对输出电压幅值进行控制，这种方式也更为简单有效。为保证UCD9244整体工作，在工作电压输入端增加了旁路电容来减少电压纹波，同时也对高温、过流等异常情况增加了保护措施。

 图2 UCD9244控制电路图

　UCD7242是与UCD9244完全兼容的驱动芯片，可以驱动两个独立的电源，可以供应CVDD（内核电压）与VCC1V0（SRIO、PCIE、SGMII和Hyperlink）。通过1片9244控制两片7242来达到为两片DSP6678供电的目的。UCD7242电路中电感值的选择很关键，根据芯片内部结构，电感值的计算可以通过下面这个公式决定：

　　式中：VIN为输入电压，VOUT为输出电压，fs为工作频率，D为占空比，△I为电感电流峰峰值。在本设计中，VIN=12 V，VOUT=1 V，D=1/12，fs=750 kHz，△I=10 A，可计算得电感，L≈0.122μH.

1.3 3.3 V辅助电源电路

　　在整体的系统中，有些芯片是需要3.3 V的工作电压的，比如TPS73701，为DSP IO供电；TPS51200作为DDR3的参考电压。图3为采用TPS54620芯片作为电压转换芯片的电路，TPS54620的耐热性能增强，功能齐全，支持高效率，集成了高侧/低侧MOSFETs，并且输出电压可以调节。在本设计中，用TPS54620产生了3.3 V和1.5 V的电压。如图3所示，输出电压为：

　　式中：R10、R11为分压电阻，Vref为参考电压，经实验设定R10=31.6 kΩ；R11=10 kΩ；Vref=0.8 V，可以得出输出电压VO=3.3 V。

图3 3.3 V辅助电源电路

1.4 时序控制电路

　　该时序控制电路主要是用来控制6678DSP的IO、DDR3参考电压以及HyperLink、PCIE等上电时序的。以DVDD18先于DDR3_IO上电为例，电路原理图如图4所示，所用的芯片为TPS3808G18，只有DVDD18=1.8 V时，RESET才会输出一个高电平，从而可以驱动下一级电路，这样就保证了时序要求，值得注意的是，延迟时间是可以控制的，通过控制CT引脚与地之间的电容值就可以实现，参考公式为：

　　CT（nF）=［tD（s）-0.5x10-3（s）］×175 （3）

　　式中tD为设置的延迟时间。

图4 时序控制

1.5 滤波网络

在过去的DSP中，EMI滤波器（T型滤波器）用在那些易受噪声影响的电源轨中，这些滤波器通常都是低通滤波器，这样可以限制在每个相应电源供