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

' n# |! k% h- n6 @

电压测试

  ?6 p' D; E) H" ?' n0 l

核心电压测试

3.3V的上电曲线

1.5V的上电曲线

$ `$ g- `  Q# V% @( f9 u+ E

1.0V的上电曲线（发现上电有杂波）

8 W" Y( {) g) ]+ t8 v: M7 y

4 R/ P( d6 w' R4 ^6 ?" t, w

放大波形

* ~: G) M. v! o8 J

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

/ \4 p6 h2 _( G  [# o8 S

1.0V的频率成份

9 S( k1 I* V5 ]# D' B) b1 H; w' ?5 S

2 y/ d6 K: ?5 k$ l  M

3、原理分析：

电路设计是这样的：

3.3V原理图

5 w; N# L3 i+ }, ^& O# e8 i

' k* z8 U/ ]$ B3 |$ Y& `. \6 B( \

1.0V原理图

4 h' ?8 Q; i" H$ \, A0 }

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

5 ^9 t. R4 O0 [5 w* 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。

最小滤波电容的计算

' w' z8 o4 u  W

1 V3 A% ]6 p0 ?$ W2 d

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

. n+ d; l& q. |  L0 Z* |2 `

上电测试：

更改后1.0V上电曲线

' r5 L/ m$ o$ \( @5 k

4 Y; q$ V8 d6 q2 R3 ]8 P

FFT频域分析：

FFT

( \3 Q- Z2 R. X7 w' 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。