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

# m+ E" q- P4 {8 z

电压测试

/ }+ g& n1 [" f, z8 x

- S9 ]: ^) o5 ^' Q5 Q

核心电压测试

$ @% }5 C5 h* [) u
1 v- C$ Q8 c3 ~! k* S0 C$ \  I

3.3V的上电曲线

1.5V的上电曲线

2 X6 k0 E- t% b2 s1 |; P

1.0V的上电曲线（发现上电有杂波）

: Y- z; C6 Y* n* a" O* ?0 n4 K2 q

放大波形

2、数据测量

$ Y' n$ c' J! _4 g4 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

- W; a( Z$ f+ ]. h

1.0V的频率成份

. u" W4 N5 O% H3 W# h/ D# }

3、原理分析：

电路设计是这样的：

3.3V原理图

+ Z4 l8 ^( E+ a5 P! ?

1 g% w! M6 s( ~9 g# T; k+ z

1.0V原理图

- W4 r7 S+ t/ U, c

9 q# \+ h3 j- p

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

% B5 E* o+ |9 \" I1 H

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

4 Q2 V% h" n8 \" H/ t: m

* x4 `  i" C. E5 A  n1 ]

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

9 I1 B4 s2 [) R( D# @) Q" e. \

上电测试：

更改后1.0V上电曲线

/ |) I9 @8 A5 Z2 H  W- q+ T, j

FFT频域分析：

FFT

; ^3 [* S) U7 y9 t, A4 R; o" A

. f7 |. d9 D9 a8 {6 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。

1 {/ Y9 \9 I: J0 |