基于TPS759XX系列的信號處理系統的電源設計

引言
在大型的通信信號處理系統和雷達信號處理系統中，器件規模不斷擴大，對電源的性能和功率及其外圍濾波電路地要求也越來越高，電源設計對于一個系統的正常工作起著至關重要的作用。
在實際應用中，通常利用線性電源或者開關電源給整個系統供電，而對于每一塊獨立電路板上的每一個集成芯片則需要DC-DC電壓調節器分別調節后供電。線性調節器的輸入電流接近于輸出電流，它的效率(輸出功率/輸入功率)接近于輸出/輸入電壓比。因此，壓差是一個非常重要的性能，因為更低的壓差意味著更高的效率。LDO線性穩壓器的低壓差特性有利于改善電路的總體效率，本文采用的就是LDO線性穩壓器。

信號處理系統的
板級電源設計
某信號處理電路板由外部統一提供+12V和+5V直流電源，電路板上的主要集成芯片包括A/D和D/A轉換芯片、時鐘晶振及時鐘驅動、輸出驅動、CPLD(或FPGA)以及DSP芯片等。
對于模擬部分，利用+12V直流電源經過電壓調節器轉化成+5V和+3.3V電壓。對于CPLD(或FPGA)和DSP通常有一種以上的供電要求：對于CPLD(或FPGA)，一般輸入/輸出供電電壓是+3.3V，內核供電電壓為2.5V；對于DSP，以ADI公司的DSP芯片ADSP TS101為例，其對供電電壓和電流的要求如表1所示。多芯片系統中，由于所需驅動電流較大，因此只有TPS759XX這類大電流輸出電壓調節器能滿足要求。

TPS759XX系列
電壓調節器概述
TPS759XX系列是TI公司專門為DSP、ASIC和FPGA等多芯片系統供電而設計的LDO線性穩壓器，其主要特性如下：
最大輸出電流為7.5A，屬于TI公司TPS系列線性電源中輸出電流最大的之一，因此特別適用于ADSP這類需要大電流驅動的芯片。
可以提供固定1.5v、1.8v、2.5v、3.3v等典型電壓，對于特殊的電壓要求，輸出可調節，可以通過串聯適當阻值的電阻來獲得需要的電壓值。
使能引腳EN低電平有效，如輸入TTL高電平信號，則調節器進入睡眠方式，靜態電流減小到1mA。
Dropout電壓很低，大約幾百毫伏，大小與輸出電流成正比。靜態電流很低，且與輸出負載無關。

TPS759XX應用配置考慮
電阻
TPS759XX系列電壓調節器的典型應用電路如圖1所示。輸出固定時，FB(PG)引腳用于指示輸出電壓的狀態；輸出電壓可調節時，FB引腳用于電壓反饋輸入引腳，在VO和FB之間配置電阻可以獲得所需電壓。
對于可編程的TPS759XX系列，輸出電壓利用下式計算：
VO=Vref(1+R1/R2)
這里內部參考電壓Vref=1.224V。
選擇電阻R1和R2應該保證分壓電流大約為40mA。推薦選擇R2=30.1kW，R1根據輸出電壓的給定值來確定：
R1=(VO/Vref-2)R2
濾波電容
為了保證輸入的穩定性，在輸入電壓和地之間要連接瓷片電容(0.22~1mF)，并且要盡量靠近輸入電壓引腳安裝。由于電源本身存在阻抗，會引起輸入電壓下降，當降到一定程度時，TPS759XX將停止工作，因此最好和瓷片電容并聯一大電解電容(電容或者鋁電容)，電容值的范圍為47~1000mF。

PCB板設計考慮
LDO線性調節器產生的熱量與它在工作過程中做的功成正比。所有的集成電路都有一個最大允許的節點溫度，超過此溫度，器件將不能正常工作。所以，系統設計者必須考慮運行環境，使運行節點溫度不超過最大溫度。
通常情況下，線性調節器的最大功率可通過下式計算：
Pdmax =(VI(avg)-VO(avg))IO(avg)+VI(avg)