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 * U3 u0 }8 M1 {" k9 J1 }' S
/ I* n2 S0 Q: l! C/ N
电压测试 5 ~4 b& W# @: v% F5 |8 T2 M U. [
+ S+ B6 I5 ?8 U/ q
核心电压测试 2 e1 h: Z" j; x6 Z# W/ t
- J: q: G7 P; ]! J. {
3.3V的上电曲线
2 t$ I. U5 ?% w% M h( b6 e* t% s$ b% H9 D6 n, I3 K/ k
1.5V的上电曲线
* i2 e5 t" i5 z) u' P, ?: ]
0 u( z6 n* r0 Z
1.0V的上电曲线(发现上电有杂波) : e6 ~9 }7 f% }% ]
/ N3 F! w0 ^& w
放大波形 1 n/ n6 h9 x) \
- p8 c% ?0 c6 h; u 2、数据测量
, g. k3 e0 Y; e
" _& v. ]9 z; F( q3 c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 9 C# ~ T& J% L# j; j2 {" G( ]" ] |
; d1 {+ ?1 k+ I" o1 K9 E
1.0V的频率成份
2 R6 {! {4 }5 J8 b" P
2 o4 {7 k/ C: m b/ N R4 ~
3、原理分析:电路设计是这样的: 3.3V原理图
- \6 Q& o5 j! ]* @1 v! e' P
5 g+ N* P; p2 s0 l' R) l
1.0V原理图 $ m# D' J4 s# \
3 n' N& w, n; q$ H$ Q0 l% B
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 ; W& _9 ^0 k9 v; _* e& G+ s
/ `# p! I4 B1 r' o' R# q% {& k
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
9 n7 j7 [! C5 @
N; H7 H: V+ n
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* V6 y% v& v( [ Z
# M4 _* R M! Y8 q" e, q, h
上电测试: 更改后1.0V上电曲线 + m& K1 ~8 U: P: r, l+ n
4 h% _+ O4 D) }* S4 p. f
FFT频域分析: FFT
# f- p3 P7 F6 M. K b( Y C
: s' H( h6 ~ `: O7 A7 G1 R: C 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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