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

* w8 I  j" B' h9 W

) n3 w/ b6 ^. ?! G0 V& h2 [, r4 u

电压测试

核心电压测试

0 c1 N9 Y- n1 P( E& {; c
& L  h, v: _& m' @+ S) B

3.3V的上电曲线

  b# t1 t* X) s& J

1.5V的上电曲线

! ^$ b5 |: e2 Y4 h7 J1 ^* U4 K" l

1.0V的上电曲线（发现上电有杂波）

& M& c6 ~* D/ f$ m6 Y4 ?: v1 \

放大波形

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

1.0V的频率成份

& d) E$ I( c# @0 \

3、原理分析：

电路设计是这样的：

3.3V原理图

; r$ D' |9 `) L) j

1.0V原理图

) C$ i0 P$ C, j' g# E3 E# H

0 a/ G" y* o- C6 H

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

! w6 _0 e/ p1 A! w

+ x2 U; f1 w4 G  Y6 Z( d$ o

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

' p' }) V2 a* H# i) M) q1 X

) h2 R" I8 u0 O7 S8 t1 }8 y0 P

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

7 n  I+ }4 d* a* i/ \$ n) E# H2 j, T

上电测试：

更改后1.0V上电曲线

, f+ H& r8 ^+ F

FFT频域分析：

FFT

; V; U/ x7 S4 y

2 ?/ W$ r- p% T0 m3 n

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。

4 d: R; @0 I. Q1 U# Q# H