基于高性能信号处理器件TPS54X80的电源定序实现

诸如 DSP 与 FPGA 等高性能信号处理器件要求多种针对内核及 I/O 电压生成不同电压的电源。电源输出上电和断电顺序对器件操作和长期可靠性至关重要。德州仪器 (TI) 提供的 SWIFT 系列高集成度电源管理 IC 能够满足上述电路必需的电源定序要求。

　　SWIFT 稳压器集成了所有设计高性能负载点 dc/dc转换器所需的有源组件：低电阻功率MOSFET、MOSFET驱动程序、脉宽调制比较器以及误差放大器。完成 dc/dc 转换器设计的外围器件是无源的，如感应器、电容器和电阻器。根据设计，SWIFT 器件已专门用于实现灵活方便的定序而进行了设计。特别是 TPS54X10 与 TPS54X80，这两种器件类型能够在上述应用中良好运行。这些器件可在 3～6V 的输入电压范围内工作，并可降压至 0.891V，而且具备3、6、8、9A 的额定版本。每种器件都具备两种集成的 MOSFET，从而可提供同步校正功能以及超过90%的高效率。TPS54X10 器件具备集成的软启动功能，可控制启动时的浪涌电流。TPS54X80 具有集成的定序特性。两种器件均包括可与处理器上电复位输入相连的电源安全讯号功能。

　　TPS54X80 专门针对具有关键电源定序要求的应用而设计。TPS54X80 可轻松实现上电定序的比例、同步或顺序模式。该器件具有 TRACKIN 引脚，可实施不同的定序方法。TRACKIN 引脚具备一个模拟多路器，其可将 0.891V 的内部参考电压与 TRACKIN 引脚上的电压相比较，并可将较低电压与误差放大器的非反向节点相连(见图1)。

　　当 TRACKIN 引脚电压低于内部参考电压时，TRACKIN 引脚电压便为有效的参考电源。选择TRACKIN 引脚上的分压电阻器(如 R1 与 R2)将能够确定上电定序方法。通过选择适当的TRACKIN 分压比率，可实施比例或同步跟踪。如图1b所示，使用电阻电容器 (RC) 电路而不使用电阻分压器将实施顺序定序。

　　通过选择TRACKIN引脚上分压器的电阻器值，可实施比例定序。图1中的电阻器 R3 及 R4 在正常操作时调节内核的输出电压。图1中的R1和R2决定定序方法。为简化定序设计，不管定序方法如何，R1与R3的电阻器值均应相等。因为定序应用启动时要求内核电源低于I/O电源，所以R2 应当低于 R4 的值。同样，对于上电时内核电源应高于I/O电源的应用而言，R2应当大于R4。如果最大压差不能超出轨之间范围，则使用等式 1 计算 R2，其中 DV 表示I/O与内核电源之间的最大压差。

　　与比例实施相似，同步定序也采用TRACKIN引脚上的分压器进行实施。同步定序的目的是，在上电及断电时最小化电源输出间的压差。我们可以使用等式2来计算R1/R2的比例。

　　对于同步定序而言，如果 R1 与 R3 相等，则 R2 将总与 R4 相等。图2b中的波形显示了典型的同步启动波形。在断电时，如果I/O电源高度负载且内核电源轻微负载的话，则轨间的差异最小。这是由于内核电源吸收电流的速度赶不上I/O电源下降的速度。在I/O输出上添加更多降压电容将控制此情况。

　　如图1b 所示，我们通过电阻电容器 (RC) 电路将 I/O电源的电源好 (PWRGD) 引脚连接至 TPS54680 内核转换器的TRACKIN 引脚，从而实施顺序启动。电阻器R6发送PWRGD信号至Vin电源。电容器C4从TRACKIN接地。在图2c的启动波形中，+3.3V I/O电源首先上升。当电源达到其最终的3.3V稳定状态值时，PWRGD引脚的漏极开路输出释放TRACKIN引脚，且内核电源将以RC时间常量的速度上升。C4电容器用于在内核电源启动时最小化浪涌电流。当TPS54X10 I/O电源的SSENA较低或当 I/O 电压低于良好的稳定电压的 90% 时，PWRGD引脚启动，并降低TRACKIN引脚。 理想情况下，I/O及内核电源将以同电源上电时相反的顺序断电。如果内核没有负载或负载较轻，当 I/O 轨断电时，则 TPS54X80 器件可吸收电流并将输出电容器中存储的能量传输至输入电容器。

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　　以上给出了采用 TPS54X10 与 TPS54X80 直流/直流转换器可实现电源定序的三个例子，从而生成内核及I/O电压。TRACKIN引脚为在上述三种基本方法基础上实施其他更改提供了灵活的方法。不同的电阻分压器网络或不同的电源安全讯号信号路由方式能够改变定序顺序或上升时的电压等级差别