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

: }2 A, W7 d7 x2 |; l# b) B) l- B: m6 T5 o

( n: q! I( V" V! V" @

电压测试

! ^& s% m, m  `+ X. ^7 S- t0 x

核心电压测试

3.3V的上电曲线

# E+ H& S6 u& t% B$ o9 W6 Z" x
7 T0 ]$ q( g! n* k, t

1.5V的上电曲线

3 Q3 P; Y. \5 n. }1 c2 b

1.0V的上电曲线（发现上电有杂波）

; i3 y4 }% p6 z- [& B

+ X% f: F; P3 i- @, l; m

放大波形

2、数据测量

4 ]3 A8 P" O8 x* s
# s% a' I+ T3 L& u" b

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

: H' a7 T1 a& @( Y

8 ~) W7 G% @' j- Q+ b/ R& \! k

1.0V的频率成份

1 c: S! s3 w' K$ M

3、原理分析：

电路设计是这样的：

3.3V原理图

/ F: K0 \6 j$ `2 ^& `

1.0V原理图

% k) x9 j* ^4 Q+ c# B" U4 W

) G, `/ L5 M0 }  K* q5 r

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

5 q1 i9 Q  X: m& a8 v+ t3 M6 Y0 b5 }

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

0 u$ t, Q2 W* G

9 T( d7 }! Y: U2 p+ z5 n

上电测试：

更改后1.0V上电曲线

' N1 k% }' g2 }$ q& A# P+ ?& V

FFT频域分析：

FFT

9 o' L+ `0 H0 V7 q

+ ~0 R" d) s* C5 C$ D% f

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。

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