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基于高性能信號處理器件TPS54X80的電源定序實現

鉅大LARGE  |  點擊量:675次  |  2020年06月17日  

諸如DSp與FpGA等高性能信號處理器件要求多種針對內核及I/O電壓生成不同電壓的電源。電源輸出上電和斷電順序對器件操作和長期可靠性至關重要。德州儀器(TI)供應的SWIFT?系列高集成度電源管理IC能夠滿足上述電路必需的電源定序要求。


SWIFT?穩壓器集成了所有設計高性能負載點dc/dc轉換器所需的有源組件:低電阻功率MOSFET、MOSFET驅動程序、脈寬調制比較器以及誤差放大器。完成dc/dc轉換器設計的外圍器件是無源的,如感應器、電容器和電阻器。根據設計,SWIFT?器件已專門用于實現靈活方便的定序而進行了設計。特別是TpS54X10與TpS54X80,這兩種器件類型能夠在上述應用中良好運行。這些器件可在3~6V的輸入電壓范圍內工作,并可降壓至0.891V,而且具備3、6、8、9A的額定版本。每種器件都具備兩種集成的MOSFET,從而可供應同步校正功能以及超過90%的高效率。TpS54X10器件具備集成的軟啟動功能,可控制啟動時的浪涌電流。TpS54X80具有集成的定序特性。兩種器件均包括可與處理器上電復位輸入相連的電源安全訊號功能。


TpS54X80專門針對具有關鍵電源定序要求的應用而設計。TpS54X80可輕松實現上電定序的比例、同步或順序模式。該器件具有TRACKIN引腳,可執行不同的定序方法。TRACKIN引腳具備一個模擬多路器,其可將0.891V的內部參考電壓與TRACKIN引腳上的電壓相比較,并可將較低電壓與誤差放大器的非反向節點相連(見圖1)。


當TRACKIN引腳電壓低于內部參考電壓時,TRACKIN引腳電壓便為有效的參考電源。選擇TRACKIN引腳上的分壓電阻器(如R1與R2)將能夠確定上電定序方法。通過選擇適當的TRACKIN分壓比率,可執行比例或同步跟蹤。如圖1b所示,使用電阻電容器(RC)電路而不使用電阻分壓器將執行順序定序。


通過選擇TRACKIN引腳上分壓器的電阻器值,可執行比例定序。圖1中的電阻器R3及R4在正常操作時調節內核的輸出電壓。圖1中的R1和R2決定定序方法。為簡化定序設計,不管定序方法如何,R1與R3的電阻器值均應相等。因為定序應用啟動時要求內核電源低于I/O電源,所以R2應當低于R4的值。同樣,關于上電時內核電源應高于I/O電源的應用而言,R2應當大于R4。假如最大壓差不能超出軌之間范圍,則使用等式1計算R2,其中DV表示I/O與內核電源之間的最大壓差。


與比例執行相似,同步定序也采用TRACKIN引腳上的分壓器進行執行。同步定序的目的是,在上電及斷電時最小化電源輸出間的壓差。我們可以使用等式2來計算R1/R2的比例。


關于同步定序而言,假如R1與R3相等,則R2將總與R4相等。圖2b中的波形顯示了典型的同步啟動波形。在斷電時,假如I/O電源高度負載且內核電源輕微負載的話,則軌間的差異最小。這是由于內核電源吸收電流的速度趕不上I/O電源下降的速度。在I/O輸出上添加更多降壓電容將控制此情況。


如圖1b所示,我們通過電阻電容器(RC)電路將I/O電源的電源好(pWRGD)引腳連接至TpS54680內核轉換器的TRACKIN引腳,從而執行順序啟動。電阻器R6發送pWRGD信號至Vin電源。電容器C4從TRACKIN接地。在圖2c的啟動波形中,+3.3VI/O電源首先上升。當電源達到其最終的3.3V穩定狀態值時,pWRGD引腳的漏極開路輸出釋放TRACKIN引腳,且內核電源將以RC時間常量的速度上升。C4電容器用于在內核電源啟動時最小化浪涌電流。當TpS54X10I/O電源的SSENA較低或當I/O電壓低于良好的穩定電壓的90%時,pWRGD引腳啟動,并降低TRACKIN引腳。理想情況下,I/O及內核電源將以同電源上電時相反的順序斷電。假如內核沒有負載或負載較輕,當I/O軌斷電時,則TpS54X80器件可吸收電流并將輸出電容器中存儲的能量傳輸至輸入電容器。


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