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

$ @, e5 r3 B$ P* p$ w

+ L, Y1 M! Z0 M9 W4 i- t

电压测试

7 }4 |9 L0 X% d1 Y$ ]

  w& K; p* H7 c, [

核心电压测试

( S( Y2 z# u" l, s6 n- y( Q: B7 B

3.3V的上电曲线

' i  {4 z7 F4 j- S; S( `) r

1.5V的上电曲线

4 D/ @# l- Z0 B1 ^9 h

1.0V的上电曲线（发现上电有杂波）

* Z# \0 F: N/ G, t. o$ Z

放大波形

# T/ U, H; V' c7 B: b

' M8 P" R; t! z+ q3 x; ]

2、数据测量

3 e8 i% N1 C) F5 M8 H* n

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

' k3 e1 `- n+ m: K* \

# d2 {8 p5 s/ }5 X  D9 `( q* B8 J( G

1.0V的频率成份

$ l" s' I- o2 {2 g8 p

$ a% b9 q1 i, j

3、原理分析：

电路设计是这样的：

3.3V原理图

6 J' P3 ?9 l# Q; e8 f% H3 i

, j8 u. |' l5 A

1.0V原理图

; u( L- Z9 w7 t  N8 j

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

7 k9 p5 n  U5 W) Z1 z& i8 u" l) i' V" B

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

# I: z+ L1 s2 a* d! L( V

! m2 s9 K" A0 v, z7 M  ]& R+ V8 x

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

5 b4 u' q6 U7 y

0 Y! C# ?  Y) H

上电测试：

更改后1.0V上电曲线

, K9 u% e: G; [; A' o% O% L

FFT频域分析：

FFT

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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