干货！电源的上电抖动问题分析

Freeman_2016

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

; Z0 B4 I  T9 ~0 X; X4 U2 ^0 N4 k. J

4 i' t, P* p" _4 d# r8 \- I$ }

电压测试

) u5 W( G, L$ M0 Q

核心电压测试

3 ~' Q# x3 I! Y3 i/ o; o$ b: }9 K

3.3V的上电曲线

: W8 n: I3 w7 ~5 R8 i% v

1.5V的上电曲线

0 _& ^$ g3 ]) o: Z, U

# o7 {2 I  Y- `$ ]) [- }$ @

1.0V的上电曲线（发现上电有杂波）

& O* [- S& v. h

放大波形

: P9 ]- j, d) I1 l1 q$ Q

2、数据测量

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

- w+ M: s, S8 R# _

/ h* c8 k, m: q" \  `4 f

1.0V的频率成份

0 J" x" v1 i8 `* o

) f! Q: I! y0 @5 O9 Z# x

3、原理分析：

电路设计是这样的：

3.3V原理图

1.0V原理图

) A0 ^1 R" ^; B9 N8 ?+ q( @: K

$ u! N/ Z4 n% r5 E6 t" X) B2 K

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

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

. M* _3 q+ }, Y( O( B' I7 X

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

4 S, |' V0 f# }

. I9 M9 T3 ~6 e

上电测试：

更改后1.0V上电曲线

& t& t% ]( @' j: r

FFT频域分析：

FFT

$ \4 b& v( q3 a6 Y

& J; B; g9 M$ @

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。

/ [) h- R3 q6 K& X7 c; `& e