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干货!电源的上电抖动问题分析

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发表于 2019-9-26 00:51:23 | 显示全部楼层 |阅读模式
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ARMDSP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
1.jpg
示波器及待测板子
$ U; y: D% H& o6 v! I5 C

9 @! b! n( `, h9 U4 ?
2.jpg
电压测试
6 n" O5 |' O7 _4 B
/ i9 ^' ^1 O" |
3.jpg
核心电压测试
, _! E' u7 d4 ]3 ~# F7 N, ~

3 j2 d+ y* j$ F
4.jpg
3.3V的上电曲线

4 J# W" U: s) E5 K& |! B$ |( u1 {4 N, M* G: [. [
5.jpg
1.5V的上电曲线

$ @$ L- P; \# d. g0 f! e

; ~. P: T4 U& t8 R& C" _9 ~
6.jpg
1.0V的上电曲线(发现上电有杂波)
- Z+ U6 ~! w- ~1 f8 J

6 R  ^) @5 _, A4 [/ u4 k6 B
7.jpg
放大波形

/ g7 l: {/ k1 O  q. ]7 @

6 {+ c5 h  h" [, \. w! q, [2 z
2、数据测量
8.jpg
, J% \; S2 ^, R. |* m* P' `

& D& E1 k" f# ?/ A1 ~6 l5 `" E
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。
9.jpg
3.3V的频率成份

- d  L) i6 ^4 S" w
+ X- S1 G4 r# F! m$ n
10.jpg
1.0V的频率成份
6 e! y0 o8 N7 V6 X- H8 ~) h+ c
% F% D( Z# s: k
3、原理分析:
电路设计是这样的:
11.jpg
3.3V原理图
! \& U% H* }( {  f) k

0 h% [- \; N  b4 k
12.jpg
1.0V原理图

6 c5 E3 L' ^3 \, t

: p$ _: F/ C7 S  q( A$ {& ^6 F2 y7 g
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。
13.jpg
最小电感的计算
5 ~4 Q( N8 o( f9 t) D

. \/ T& ^4 C" [+ @
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。
14.jpg
最小滤波电容的计算

6 r# V" n+ I1 E4 h" i. D

1 i/ w1 s4 B& ^, p9 p: v
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:
15.jpg
增加了电容后
; A  F: `' M7 v6 L
0 Q( q- z7 x+ y8 e
上电测试:
16.jpg
更改后1.0V上电曲线
% B7 {4 G& f8 m) ], A

9 V6 H6 C* s" x, k
FFT频域分析:
17.jpg
FFT
1 p( a" e6 X) T0 q# L% {

* Y* \+ g: N# C% O( g$ [
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。

, S* z) c1 T  f* ?! F, D
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