长期以来，MP3播放器、个人媒体播放器、数码相机以及其他便携式消费类运用的规划人员面对的一项应战是完成产品的高功用和低功耗。这些电池供电体系一般都运用嵌入式数字信号处理器(DSP)，当体系处理多媒体运用使命时，DSP能到达最大处理才能，而当体系处于睡觉形式时，DSP具有最小的功耗。电池寿数在手持式产品中对错常重要的目标，产品成功与否与供电体系的功率直接相关。
此类体系中的一个要害部件是降压式DC-DC开关稳压器，它能够高效地从较高电压取得较低的供电电压，如从4.5 V取得1V的供电电压。作为稳压器，其有必要坚持稳定的电压，并且能够对输入电压的改动以及负载电流的改动敏捷做出呼应。本文将评论的架构具有优秀的稳压功用以及高功率和快速呼应的长处。
开关稳压器分析
图1示出了ADI公司ADP2102的典型运用电路，这是一款低占空比、3 MHz同步整流降压转换器。ADP2102具有固定输出电压和可调输出电压的多种装备。这儿将ADP2102连接成固定输出电压装备，由5.5 V的输入电压发生300mA、0.8 V输出电压。接下来给出输出电压可调的运用示例。
图1.运用ADP2102由5.5 V输入发生0.8 V输出
这儿将简略地解说该电路的作业原理：将DC输出电压的分压与差错放大器中的内部参阅源比较，然后将差错放大器的输出与电流采样放大器的输出比较，以驱动单稳态触发器。单稳态触发器在由VOUT/VIN确认的时刻周期内处于暂稳态。单稳态触发器使上面的门控晶体管导通，电感L1中的电流逐步变大。当单稳态触发器的暂稳态结束时，晶体管截止，电感L1中的电流逐步变小。在由最小关断时刻定时器和最小(“谷值”)电流确认的时刻距离之后，单稳态触发器再次被触发。芯片内的单稳态触发定时器运用输入电压前馈，使得稳态时坚持稳定的频率。
该振动以不确认的频率(大约为3MHz)继续进行，但是在必要的状况下能够呼应线路和负载的瞬态改动而违背该频率，以便输出电压坚持稳定，并且使电感电流的均匀值坚持在输出负载所需求的电流值。
上文描绘的办法是相对新颖的。多年来，DC-DC改换的首要办法是恒频峰值电流办法，当该办法在降压式DC-DC转换器中完成时，其还被称为后沿调制。有关该办法的详细描绘、对其优缺点的评价以及上文描绘的稳定导通时刻谷值电流形式转换器，请参阅其他技术文章。
ADP2012还具有欠压闭锁功用、软启动功用、过热维护功用和短路维护功用，并且具有±1%的反应精度。该架构能够使主开关的导通时刻低至60 ns或更低。
图2示出了不同条件下的典型波形。图2a示出了在ILOAD=600mA，电压从VIN=5.5V减小到VOUT=0.8V时的低占空比。如图中所示，在3MHz的开关频率下，能够取得45 ns的最小导通时刻。
图2b示出了负载电流突增300mA时，负载电流和电感电流波形。
图2c示出了负载电流突减300mA时，负载电流和电感电流波形。
图2d示出了在占空比为50%时不存在次谐波振动，而运用峰值电流形式操控时有必要在规划时加以考虑。当占空比大于或小于50%时，相同不存在次谐波振动。
图2a. VIN = 5.5 V，VOUT = 0.8 V，最小导通时刻=45 ns
图2b.突加负载瞬态呼应(ILOAD = 300 mA)
图2c.突减负载瞬态呼应(ILOAD = 300 mA)
图2d.占空比= 50%，VIN = 3.3 V，VOUT = 1.8 V，ILOAD = 300 mA
DSP运用中的动态电压调理
在运用DSP的便携式运用中，一般由开关转换器供给DSP的内核电压和I/O电压，这需求运用电池供电运用的高功率DC-DC转换器。供给内核电压的稳压器有必要能够根据处理器的时钟速度动态改动电压或许依照软件的指令动态改动电压。别的，全体解决计划的小尺度也相同重要。
这儿描绘的是，在电池供电的运用中将Blackfin处理器的内部稳压器更换为外部高功率稳压器，以进步体系供电功率。并且，这儿还介绍了用于外部稳压器的操控软件。 动态电源办理 处理器的功耗与作业电压(VCORE)的平方成正比，并且与作业频率(FSW)成正比。因而，下降频率能够使动态功耗线性下降，而下降内核电压能够使动态功耗指数下降。
在对功耗灵敏的运用中，当DSP仅简略地监督体系活动或许等候外部触发信号时，在坚持供电电压不变的状况下改动时钟频率，这对下降功耗对错常有用的。但是，在高功用电池供电的运用中，仅改动频率并不能明显节省电能。Blackfin处理器以及其他的具有高档电源办理功用的DSP能够顺次改动内核电压和频率，由此能够在任何状况下均完成最优的电池运用。
ADSP-BF53x系列Blackfin处理器中的动态电压的稳压一般是由内部电压操控器和外部MOSFET完成的。该办法的长处在于，能够将单电压(VDDEXT)施加到DSP子体系，从MOSFET得到的所需的内核电压(VDDINT)。经过内部寄存器能够软件操控内核电压，以便于操控MIPS，并且终究操控能耗，由此完成最优的电池寿数。
为了完整地完成Blackfin内部稳压计划，需求一个外部MOSFET、肖特基二极管、大电感和多个输出电容器，该解决计划价格相对贵重，功率却很差，并且占用的PCB板面积是相对较大的，这给体系规划人员带来了很大的对立，在集成稳压器中需求运用大电感和电容器，不利于顾客所期望的便携式设备尽可能小型化。该集成稳压操控器的功率是相对较低，一般仅为50%~70%，因而该办法不太适用于高功用手持式电池供电运用。
外部稳压
经过新式DC-DC开关转换器规划办法，能够将Blackfin集成办法自身的功率进步到90%或更高。并且，在运用外部稳压器时能够减小外部元件的尺度。
还能够运用多种动态电压调整(DVS)操控计划，包含开关电阻器(其在某些状况中可由DAC完成)和脉宽调制(PWM)(其能够完成与内部办法相同的精度)。不管运用哪种计划，其有必要能够经过软件操控改动稳压电平。上述稳压操控办法在内部稳压器是集成的，而在外部稳压中有必要经过外加器材来完成。
本文描绘了两种运用ADP2102同步DC-DC转换器调理DSP内核电压的办法，当处理器在低时钟速度下运行时，可动态地将内核电压从1.2 V调理到1.0V.
ADP2102高速同步开关转换器在由2.7V~5.5V的电池电压供电时，能够使内核电压低到0.8 V.其稳定导通时刻的电流形式操控以及3MHz开关频率供给了优秀的动态呼应、十分高的功率和超卓的源调整率和负载调整率。较高的开关频率答应体系运用超小型多层电感和陶瓷电容器。ADP2102选用3 mm×3 mm LFCSP封装，节省了空间，仅需求三或四个外部元件。并且ADP2102包含完善的功用，比如各种安全特征，如欠压闭锁、短路维护和过热维护。
图3示出了完成DVS的电路。ADSP-BF533 EZ-KIT Lite评价板上的3.3 V电源为降压转换器ADP2102供电，运用外部电阻分压器R1和R2将ADP2102的输出电压设定为1.2 V.DSP的GPIO引脚用于挑选所需的内核电压。改动反应电阻值能够在1.2 V~1.0 V的范围内调理内核电压。经过与R2并联的电阻R3，N沟MOSFET能够修正分压器。比较于R3，IRLML2402的RDSon较小，仅为0.25Ω。3.3 V的GPIO电压用于驱动MOSFET的栅极。为了取得更好的瞬态功用并改进负载调整率，需求参加前馈电容器CFF.
图3.运用外部MOSFET和Blackfin PWM操控进行ADP2102的动态电压调整
关于双电平开关，一般的运用要求是：
DSP内核电压(VOUT1)= 1.2 V
DSP内核电压(VOUT2)= 1.0 V
输入电压= 3.3 V
输出电流= 300 mA
运用高阻值的分压电阻可将功率丢失降到最低。前馈电容在开关过程中下降栅漏电容的影响。经过运用较小的反应电阻和较大的前馈电容能够使该暂态过程中引起的过冲或下冲最小，但这是以额定的功耗为价值的。
图4示出了输出电流IOUT、输出电压VOUT和操控电压VSEL.VSEL为低电平时，输出电压为1.0 V，VSEL为高电平时，输出电压为1.2 V.
图4.经过MOSFET调理下面的反应电阻器 一种较简略的办法可生成用于DVS的两个不同的电压，其运用操控电压VC经过别的的电阻将电流注入到反应网络中。调理操控电压的占空比能够改动其均匀DC电平。因而运用一个操控电压和电阻能够调理输出电压。下面的公式用于核算电阻R2、R3的值以及操控电压起伏电平VC_LOW和VC_HIGH.
(1)
(2)
关于VOUT1 = 1.2 V，VOUT2 = 1.0 V，VFB = 0.8 V，VC_LOW = 3.3 V，VC_HIGH = 0 V，和R1= 49.9 kohm，R2 and R3能够如下核算
(3)
(4)
该办法发生了愈加滑润的改换。不同于MOSFET开关办法，能够驱动电阻负载的任何操控电压均可用于该计划，而MOSFET开关办法仅能够用于驱动%&&&&&%负载的操控信号源。该办法能够适用于任何输出电压组合和输出负载电流。因而，根据需求调整内核电压，便能够下降DSP的功耗。图5示出了运用该电流注入办法的两个输出电压之间的改换。
图5.运用操控电压VC进行ADP2102的动态电压调整
图6.经过操控电压调理下面的反应电阻器
