电源是每个电路系统的核心;其关系到这个电路是否正常工作;而对于高端的ARM、DSP等嵌入式处理器更是如此。概因处理器性能越强,对核心的供电要求越高。大电流输出,高电源稳定性是必须的。 近日在调试TMS320C6678 DSP系统的时候遇到问题,发现同一个DC-DC电源方案,在不同的输出电压下有不一样的表现。发现其在设置为3.3V供电、1.5V供电的时候,上电曲线很完美;但是在设置为1V供电的时候,在上电的瞬间却存在抖动的现象;这让我大吃一惊。 测试对象:TMS320C6678小系统,供电芯片:TPS54620 测试工具:无线示波器(泰思科技 F28M6D) 测试方式:电压电流,电路参数计算 1、电路电压测量示波器及待测板子
: P6 J! u) G0 V1 i# ~- f! {
; U/ {) M3 Z3 c5 V! U
电压测试
$ J3 T: r5 P& V- j8 J
9 ^8 b3 }8 H. ^/ D+ N/ J
核心电压测试 & g8 ^+ {3 K8 p
+ C/ l2 W" _/ Y/ O4 \
3.3V的上电曲线
9 r5 M# d1 d% ~" D" g2 y3 c* N* A2 X# P* o8 u& |
1.5V的上电曲线
8 H- s! `" j6 |. i: h+ y
% t& h/ Z7 x2 P5 P& f
1.0V的上电曲线(发现上电有杂波)
$ ]* P1 }) t. N. o& C& }' _
$ H3 h0 N% X8 S% @) N/ }( I
放大波形
# L6 [9 w& u/ ?' @8 e1 I0 d
- P' \4 E1 z0 @' n0 g+ M
2、数据测量
0 [+ }/ j$ s- s+ N1 P. I: [! I3 n2 p& {* i( H% Z9 O# i2 O; q
在触发出电源的上电瞬间波形后,打开FFT查看频率成份;经过对比,发现抖动的噪声集中在16.9KHz到28.2KHz这个频段。而3.3V的上电曲线则非常干净,没有什么噪声掺杂在里面。 3.3V的频率成份 # w9 k9 a% r, s" D' v- L' O
o% d& |7 j6 q( d
1.0V的频率成份
/ E. F2 P7 }: q2 a. m) W2 H
5 K) D+ K# s5 ~: x5 ?
3、原理分析:电路设计是这样的: 3.3V原理图 8 [8 x4 f: L% r" {3 t) R1 Y
- M; j X$ o y2 j/ k9 o. L
1.0V原理图
5 R$ _: ~( ^' ^3 k
9 b: U. U: o- F6 k+ ?8 _
输出电压计算公式 VOUT = 0.8(R1+R2)/R2 则VOUT = 0.8*(2.49K+10K)/10K = 0.9992V 电压输出值符合设计。 最小电感的计算 # e, L7 C8 L1 R
- @# i* @: h7 R. v* _9 G9 h
则Lmin = ((9 - 1)/(4 * 0.3)) * (1 /(9*900kHz)) ≈ 0.8uH 实际电感取值:2.7uH/6A;符合设计。 最小滤波电容的计算 1 u+ {, \, _5 ?# V2 [. u
) a# l) E; O: z8 Q2 ?
则Cmin = (4*1)/(900kHz*0.075) = 59.24uF 实际电容值:22uF+22uF = 44uF,不满足设计。 4、优化方案:输出端增加滤波电容,为达到更好的滤波效果;增加电容组合:22uF+1uF+100nF =23.1uF;增加后总电容值为44uF+23.1uF = 67.1uF;符合设计要求。 (不同电容大小的独立电容在对应的噪声频段有更好的滤波效果,具体分析在后续的技术文章中说明。) 5、更改结果:增加了电容后
+ k- N5 W* |# p \; U: E* F! y
. B! Q. ]7 S' f/ ^. @/ @/ S/ I
上电测试: 更改后1.0V上电曲线
5 q2 H% Q- d5 z% H
. m( ?3 U! B3 M. m, K, h
FFT频域分析: FFT
8 q1 u# \; g1 N% _1 V% A. U
& F( {+ ~+ D: j+ E- A 小结:可以发现,更改后的设计;即使符合设计要求,但是上电震荡的问题仍未解决;总体的纹波有改善,但并不明显。 从调试结果来看,也不是电感电容值的问题;在调试过程中,电感值更换了1uH、1.5uF、22uH;均存在震荡的现象。故,初步推测,这个问题是TPS54620的固有缺陷。具体的原因还需要深入排查及咨询原厂。 2 _: @- L8 v$ c: ]( R+ \( N5 w
|