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

" w6 b2 [6 ]# s1 O

电压测试

  t1 A2 [  C# b" e4 m1 K+ L

核心电压测试

  q2 W+ h0 c/ }1 P! O0 A

3.3V的上电曲线

1.5V的上电曲线

1.0V的上电曲线（发现上电有杂波）

; C2 l4 Q+ k0 Q$ ]6 E# `0 w8 h/ k

放大波形

* A- y  Y- P3 N0 s+ F

2、数据测量

$ e. F8 q- L7 @% M/ H2 ]' u
! `" }$ i" k" X: J

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

' h0 T4 D# M2 U$ T  t( W  [* f

9 |, t& H  f1 z

1.0V的频率成份

3、原理分析：

电路设计是这样的：

3.3V原理图

" e  M, Q3 m3 h# t3 i2 O/ T

$ p" a  S% k6 o( C9 M8 @" m

1.0V原理图

! J  P! T, v/ N) F# N

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

  L# Q+ ~0 Y: P& A' b

( B! B1 b: c, Y4 C9 q9 T

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

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

. I( F6 ]% r; W1 Q$ L1 s6 }

上电测试：

更改后1.0V上电曲线

+ Z0 ], f/ @! T" g. J

FFT频域分析：

FFT

  ]  v0 ?: Q# b

% n) a! t& d( \& C1 q

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。

  b/ V- U& \9 p