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 # |8 k! W' G! C$ S' V( o
2 w m" j4 K1 T7 A
电压测试
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7 O) F# B" L8 R
核心电压测试 % [, Y$ g3 s& t+ y( p+ }7 t1 p
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3.3V的上电曲线
% ^$ E: Z7 K: {/ @8 d7 C6 p
. H4 j+ n( [' g1 Z1.5V的上电曲线
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3 K; B: e0 ]3 |, E1 p, I4 @
1.0V的上电曲线(发现上电有杂波) 9 o' A. X( p% O& {7 ^
; X6 c; d4 G) c& J/ b1 z
放大波形 $ g7 g1 H0 C! K4 E
1 y! k4 l4 ^$ i0 [
2、数据测量; @2 Q2 u3 f( l! u3 H, `
* |& r6 e G# }/ y+ @* x2 R$ w; I9 u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 y7 `( m4 V: h: K
) W' K' N: l. x+ G) ^8 A
1.0V的频率成份 ; q9 ?) s/ k! l( T. s
: |* Q5 h$ D2 L7 a# x
3、原理分析:电路设计是这样的: 3.3V原理图
8 X- X$ ?$ d- D# h' o8 |
8 f1 K* f0 R+ t- v- f7 s# o
1.0V原理图
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& [7 |3 a; C9 C9 @3 E
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
1 w% d( k" H- G' r" E. ?3 I$ `3 N7 K
1 ]0 g7 K' |5 ^9 s0 P) E
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 K3 Z/ _) h1 T
* F! `) S& D& s
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
. o- j4 X: B* N9 f$ D- E M2 T9 X
) K( E1 W9 W8 h* u
上电测试: 更改后1.0V上电曲线 ( x% N) ?0 j1 S
: H9 Y! W& F4 w# P7 J! d4 Z. a
FFT频域分析: FFT
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! }; P+ M+ n/ t; L( d 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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