摘要：针对TI多核DSP电源可变电压、上电次序杂乱等特色，以UCD9222为中心操控器，给出了多核DSP电源的完成计划。介绍了UCD9222硬件规划上的要害关键，经过给出的实践调试实例，进一步剖析了在运用UCD9222数字电源中遇到的问题，处理了发动过流过错以及地弹噪声过大的问题。处理计划确保了多核DSP的正常作业，对其他数字电源的规划与调试有必定参阅含义。
导言
跟着无线通信技能的开展，杂乱调制办法与编码格局的运用使得多核数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)的运用越来越广泛。电源是多核DSP规划的
根底，也是多核DSP体系规划的一个要点。
为了确保电路作业正常，电源体系有必要做到：①安稳，在任何情况下都应正常作业;②电压、上电次序、功率、纹波等满意负载需求，确保多核DSP到达最好的作业功用;③具有杰出电磁兼容性，尽量少地影响其他器材的正常作业。除此之外，选用多核架构后，低功耗规划是有必要考虑的要素。
本文提出一种针对TI公司的高功用多核Keystone DSP的电源规划计划，并经过详细调试和测验，确保了多核DSP的高功用运用的安稳性。
1 Keystone DSP简介以及电源需求剖析
Keystone DSP是TI公司推出的多核DSP，首要包括TMS320C66x系列定点以及浮点高功用DSP。Keystone DSP选用多核架构，每个内核在1.2 GHz作业频率下可以完成38.4 GM AC以及19.2 GFLOPS的功用，片上交互网络带宽到达2 Tbps。Keystone DSP包括一系列协处理器，包括FFT加速器、Turbo编解码器以及Viterbi译码器等。
Keystone DSP的电源首要包括固定电压1.8 V、1.5 V、1.0 V以及可变的0.9～1.1 V中心电压。这些电源的最大功率可以经过TI供给的东西进行预算。这4种电源的首要功用以及电源所需求满意的要求详见表1。
其间可变的中心电压运用VID接口向外部宣布改动电压的指令，电源有必要可以依据VID指令来进行电压调理。Keystone DSP现在只支撑SmartReflect Class 0的动态电压调整形式，在上电后供给初始电压(小于1.02 V)，然后在加载程序前依据程序的负载量作一次调理。
关于大部分无线通信以及医疗仪器运用，有必要考虑开关电源的电磁兼容性问题，因为这些运用一般包括比较灵敏的模仿前端。开关电源的电流一般比较大，不合理的布局以及器材选型会导致电磁兼容性问题。
2 数字电源硬件规划
Keystone DSP电源规划的难点首要会集在其间心电压电源上：
①关于4核Keystone DSP(TMS320C6670)来说，中心电源CVDD的电流要求高达10 A;
②要求经过VID指令调理电压;
③上电次序要求比较杂乱，因而选用数字电源规划愈加具有灵活性。
本规划电源操控器选用UCD9222生成PWM波，UCD74111发生15 A CVDD电源，UCD74106发生6 ACVDD1电源。
UCD9222是一个依据ARM V7的专用电源PWM生成器，支撑VID指令电压调理。经过TI Fusion Digital Power Designer上位机软件可以设置VID参数，包括VID指令的位宽以及VID值所对应的详细电压。
UCD9222可以经过电源发动时间以及电压盯梢来完成上电次序。依据负载芯片需求，经过设置电源发动时间即可满意要求。将CVDD的上电推迟设置为0 ms，CVDD1的上电推迟设置为20 ms，并将两者的上电时间设置为5 ms，可以满意TMS320C6670的上电次序。
UCD9222选用数字闭环操控发生PWM波，详细结构如图1所示。CVDD的电压值经过滤波网络后接入UCD9222，UCD9222自带闭环操控器核算PWM波的占空比;一起负载DSP向UCD9 222发送VID指令调理内核电压。闭环操控器的参数可以运用上位机程序进行规划。关于大多数运用场合，可以采纳主动参数调整的办法进行参数整定，即可取得较好的反响操控效果。
降压开关电源中的电感L首要起到整流效果。电感L与输出纹波以及瞬态呼应都有很大联系。对电感电流在1个开关周期内进行积分可得
其间，VIN为输入电压，VOUT为输出电压，△I为电流动摇值，FS为开关频率。一般来说，电流动摇值选用额定电流的40%。假定VIN=12 V，VOUT=1 V，△I=40%I=2.4 A，FS=400 kHz，核算得出整流电感为1.0μH。
一起，输出电容的容值以及等效串联电阻很大程度上会影响输出电压的纹波电压。纹波电压可以用下式估量：
其间，△I为电流动摇值，ESR为等效串联电阻，C为电容容值，FS为开关频率。
3 数字电源的调试
关于大多数电源模块来说，调试相对比较简单。而UCD9222包括动态电压调整功用，因而参数的选定以及调试加大了难度。本文就UCD9222运用中遇到问题进行剖析。
3.1 软发动毛病的扫除
关于大电流负载来说，一般负载电阻较小。当发动时，瞬时添加的占空比会导致电流的急剧上升。UCD9222采纳软发动战略，即以开关管所能呼应最小脉宽作为发动序列，渐渐添加脉宽。即便运用最小脉宽，在不正确的参数以及外围电路的条件下，瞬时电流也有或许超出极限值，触发FLT信号，UCD9222在接纳到了FLT报警信号后会当即关断PWM输出。开关管的发动电压可以用下式核算：
VSTART=PFSWVIN
其间，VSTART为开关管的发动电压，P为开关管能最低呼应的脉宽，FSW为开光管的频率，VIN为开关管的输入电压。当VlN=12 V，P=20 ns，FSW=1 MHz时，VSTAKT=0.24 V。
假定VSTART可以视为效果于负载的阶跃信号，负载的简化原理图如图2所示。
那么，流过开关管的电流IL(t)的Laplace改换可以写成：
当L=0.47μH，C=1 mF，RL=180 mΩ，RS=22 mΩ时，运用MATLAB进行仿真，成果如图3所示。
当t=26.4 μs时，输出电流到达最大值6.07 A，这个值尽管小于UCD74106的最大报警电流值，当考虑电路的实践特性时，瞬时峰值电流的实践值或许会比仿真成果大，从而触发FLT信号。
为了减小发动时间的过冲电流，可以考虑的战略包括：
①减小VSTART，可以采纳的办法包括下降VIN值，下降开关频率，尝试以更低脉宽作为发动序列。下降VSTART电压后，会成份额地下降发动过冲电流。
②增大整流电感值，尽管增大电感值或许会下降电源的瞬态反响，可是会下降敞开时的瞬时电流。
③在规划时选用电流冗余度更大的开关管或许选用支撑PWM调压的开关电源模块。进一步增大体系冗余度，下降规划难度。
④断开FLT。在特别情况下，瞬时过冲电流或许构成FLT反常报警。因为UCD9222的操控现已包括电压的闭环操控以及电流的监控，即便断开FLT，也可以供给必定的可靠性，但这对体系的安稳性或许存在必定危险。
将开关频率调整至400 kHz，并将整流电感从0.47 μH调整为2.2μH后，体系康复正常。
3.2 地弹噪声的减小
地弹噪声是因为改变的电流在理性回流途径上发生的电动势。由电感电压表达式U=LdI/dt知，当电流发生改变时，地平面回路上会构成噪声。因为开关电源的原理，在上下开关管替换敞开时会发生动摇电流，发生的地弹噪声峰峰值有或许高达数伏特并伴有很多高频谐波，如图4所示，从而搅扰电路其他的部分。
为了下降地弹噪声，可以削减回流电感L，尽量运用多层电路板，构建完好的地平面。当DSP作为模块衔接时，有必要考虑接地计划的合理性。
此外，还可以采纳减小电流动摇值的办法来减小地弹噪声。首要，可以恰当增大整流电感值，由整流电感的规划公式可知，当电感值添加时，电流动摇值减小，但这样会下降电源的瞬态呼应。然后，可以挑选低ESR型的钽电容进行去耦，削减由ESR发生的纹波。
将ESR为0.5 Ω的TAJE477*010#NJ钽电容换为ESR为10 mΩ的4TPF470ML钽聚合物电容，并改进部分不合理接地处，地弹噪声能明显下降。
4 动态数字电源测验成果
UCD9222供给电源监控功用，可以运用上位机软件读取实时的电压、电流、温度等运转参数，如图5所示。对DSP加载压力测验程序，测验成果表明，该数字电源能完成DSP动态电压调理的功用以及电流负载的调整。
结语
本文给出了TI多核DSP的电源规划办法，运用数字电源的规划办法完成了动态电压调理以及上电次序操控。经过剖析UCD9222操控器调试中遇到的问题，对UCD9222的参数设置以及外围电路做出了进一步的论述。试验成果表明，UCD9222可以满意多核DSP的电源需求，到达了预期的规划意图。
