DSP處理器的電源設計
在開關穩壓器中,開關節點是電壓在近似地電壓到輸入電壓之間切換的高頻節點。布局不當可導致開關節點與系統中的其它信號相互干擾。圖2顯示了一個正確的開關穩壓器布局,電流環小并靠近穩壓器。紅色連線是大功率和開關連接,必須在物理上靠近該器件以盡量減小噪聲和串擾。藍色連線是噪聲敏感的連接,布線時應遠離開關節點。在外部元件中,CIN和COUT應放在最靠近該器件的地方。
圖2:開關穩壓器的布局考慮。
Micrel 公司的MIC22950提供了一種為DSP處理器內核供電的理想解決方案。大多數DSP制造商認為DSP電源應提供內核最大耗流(計算值)兩倍的電流,MIC22950具有10A的電流輸出能力,可避免發生供流能力不足的情況。圖3給出了MIC22950的框圖。MIC22950的一個重要特性是帶有用于解決浪涌電流問題的斜度控制(RC)功能。電容上電流的計算公式為:
其中C是電容,ΔV是電容兩端的電壓,ΔT是時間。可以通過控制輸入電壓的時間斜度來控制浪涌電流。通過聯合使用RC引腳和上電復位(POR)引腳,MIC22950可以解決在DSP處理器中的排序問題。DSP數據手冊中包含電源接通和關斷的排序信息。通過聯合使用RC引腳和POR引腳,設計人員可以實現加窗排序、延時排序和按比例排序。
圖3:MIC22950的框圖
MIC22950 的輸出電壓精度為2%,有能力滿足DSP處理器苛刻的容差范圍要求。其負載穩壓范圍為0.2%,還余下超過2.8%可用于克服由處理器快速切換產生的任何負載瞬態。圖4顯示了在MIC22950上輸出電流從1A變化到10A時的負載瞬態。通常,DSP處理器不會有這樣大的負載瞬態,但即使出現這樣的情況,在輸出電壓為1.8V時,MIC22950的輸出電壓變化小于50mV,低于2.8%的偏差要求。
圖4:MIC22950的線瞬態。
MIC22950 也是使用SuperThermal(tm) FET技術的新系列產品的成員。該公司已經發布了MIC22400、MIC22600和MIC22700,分別具有提供4A、6A和7A輸出電流的能力。通過使用該技術,Micrel公司使MIC22950成為業內現有的功率密度最高的產品之一。輸出功率與封裝尺寸之比可作為功率密度的度量。由于基站的板空間是受限的,設計人員不能無限制地增大電源的尺寸。所以,設計人員會選擇功率密度最高的器件,在確保電路得到足夠功率的同時盡可能節省寶貴的電路板空間。MIC22950的功率密度為0.4A/mm2,而業內大多數其它產品的功率密度仍低于0.23A/mm2。
MIC23153 是一款為DSP的I/O電壓供電的理想解決方案。具有2A電流能力并采用新的HyperLight Load(tm)(HLL)架構,MIC23153可在輕載和重載時都非常高效地提供功率。對于輕載應用,HLL架構使用存儲在輸出電容中的電荷來維持輸出電壓。由于負載電流低,輸出電壓的下降將需要更長的時間。在關機狀態,除誤差比較器和帶隙比較器之外,MIC23153關閉電流環一側的所有電路,從而在關機模式節省更多的能量。一旦輸出電壓下降到低于帶隙電壓,HLL架構發出信號進而啟用高壓側晶體管。通過這種只在必要時接通輸出的方法,Micrel 公司的這種專利架構使用脈沖頻率調制(PFM)在輕載時提供高效率。在重載時,MIC23153工作在固定頻率的PWM模式,從而綜合利用了PFM和 PWM穩壓器的優點。
MIC23153的另一個優點是功率良好(PG)功能。當該芯片連接到輸出電壓時,如果輸出電壓高于其設定電壓的92%,PG引腳將輸出邏輯電平高。此引腳可與電壓監視器及MIC22950聯用以協助處理DSP處理器所需的排序。
隨著無線標準和技術的演進,電源行業也必須改變以跟上不斷改變的市場。DSP處理器不斷提高的集成度和不斷加快的處理速度使處理器電源面臨更大的壓力。通過理解相關指標的重要性和謹慎布局,設計人員可以開發出功率更高但仍魯棒的電源。
注:HyperLight Load 和SuperThermal是Micrel公司的商標。
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