高性能信號處理器件TPS54X80實(shí)現(xiàn)電源定序

　　諸如 DSP 與 FPGA 等高性能信號處理器件要求多種針對內(nèi)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?qū)ζ骷僮骱烷L期可靠性至關(guān)重要。德州儀器 (TI) 提供的 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(wěn)壓器集成了所有設(shè)計(jì)高性能負(fù)載點(diǎn) dc/dc轉(zhuǎn)換器所需的有源組件：低電阻功率MOSFET、MOSFET驅(qū)動程序、脈寬調(diào)制比較器以及誤差放大器。完成 dc/dc 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的外圍器件是無源的，如感應(yīng)器、電容器和電阻器。根據(jù)設(shè)計(jì)，SWIFT? 器件已專門用于實(shí)現(xiàn)靈活方便的定序而進(jìn)行了設(shè)計(jì)。特別是 TPS54X10 與 TPS54X80，這兩種器件類型能夠在上述應(yīng)用中良好運(yùn)行。這些器件可在 3～6V 的輸入電壓范圍內(nèi)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，從而可提供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(shí)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(fù)位輸入相連的電源安全訊號功能。

　　TPS54X80 專門針對具有關(guān)鍵電源定序要求的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。TPS54X80 可輕松實(shí)現(xiàn)上電定序的比例、同步或順序模式。該器件具有 TRACKIN 引腳，可實(shí)施不同的定序方法。TRACKIN 引腳具備一個(gè)模擬多路器，其可將 0.891V 的內(nèi)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(jié)點(diǎn)相連(見圖1)。

　　當(dāng) TRACKIN 引腳電壓低于內(nèi)部參考電壓時(shí)，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(dāng)?shù)腡RACKIN 分壓比率，可實(shí)施比例或同步跟蹤。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實(shí)施順序定序。

　　通過選擇TRACKIN引腳上分壓器的電阻器值，可實(shí)施比例定序。圖1中的電阻器 R3 及 R4 在正常操作時(shí)調(diào)節(jié)內(nèi)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(shè)計(jì)，不管定序方法如何，R1與R3的電阻器值均應(yīng)相等。因?yàn)槎ㄐ驊?yīng)用啟動時(shí)要求內(nèi)核電源低于I/O電源，所以R2 應(yīng)當(dāng)?shù)陀?R4 的值。同樣，對于上電時(shí)內(nèi)核電源應(yīng)高于I/O電源的應(yīng)用而言，R2應(yīng)當(dāng)大于R4。如果最大壓差不能超出軌之間范圍，則使用等式 1 計(jì)算 R2，其中 DV 表示I/O與內(nèi)核電源之間的最大壓差。

　　與比例實(shí)施相似，同步定序也采用TRACKIN引腳上的分壓器進(jìn)行實(shí)施。同步定序的目的是，在上電及斷電時(shí)最小化電源輸出間的壓差。我們可以使用等式2來計(jì)算R1/R2的比例。

　　對于同步定序而言，如果 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(shí)，如果I/O電源高度負(fù)載且內(nèi)核電源輕微負(fù)載的話，則軌間的差異最小。這是由于內(nèi)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(nèi)核轉(zhuǎn)換器的TRACKIN 引腳，從而實(shí)施順序啟動。電阻器R6發(fā)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，+3.3V I/O電源首先上升。當(dāng)電源達(dá)到其最終的3.3V穩(wěn)定狀態(tài)值時(shí)，PWRGD引腳的漏極開路輸出釋放TRACKIN引腳，且內(nèi)核電源將以RC時(shí)間常量的速度上升。C4電容器用于在內(nèi)核電源啟動時(shí)最小化浪涌電流。當(dāng)TPS54X10 I/O電源的SSENA較低或當(dāng) I/O 電壓低于良好的穩(wěn)定電壓的 90% 時(shí)，PWRGD引腳啟動，并降低TRACKIN引腳。 理想情況下，I/O及內(nèi)核電源將以同電源上電時(shí)相反的順序斷電。如果內(nèi)核沒有負(fù)載或負(fù)載較輕，當(dāng) I/O 軌斷電時(shí)，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。

　　以上給出了采用 TPS54X10 與 TPS54X80 直流/直流轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)電源定序的三個(gè)例子，從而生成內(nèi)核及I/O電壓。TRACKIN引腳為在上述三種基本方法基礎(chǔ)上實(shí)施其他更改提供了靈活的方法。不同的電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)或不同的電源安全訊號信號路由方式能夠改變定序順序或上升時(shí)的電壓等級差別