1 引言

　　在大型的通信信號(hào)處理系統(tǒng)和雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)中，隨著器件的規(guī)模不斷擴(kuò)大,，對(duì)電源的性能和功率及其外圍濾波電路的要求也越來越高,，電源設(shè)計(jì)對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的能否正常工作起著至關(guān)重要的作用,。

　　在實(shí)際應(yīng)用中，通常利用線性電源或者開關(guān)電源給整個(gè)系統(tǒng)供電,，而對(duì)于每一塊獨(dú)立的電路板上的每一個(gè)集成芯片則需要DC-DC電壓調(diào)節(jié)器分別調(diào)節(jié)后供電,。其中線性調(diào)節(jié)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(gè)非常重要的性能，因?yàn)楦偷膲翰钜馕吨叩男省?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/LDO" title="LDO" target="_blank">LDO（LowDropout）線性電壓調(diào)節(jié)器的低壓差特性有利于改善電路的總體效率,，這里所介紹的TPS759XX就是LDO線性電壓調(diào)節(jié)器,。

　　2 TPS759XX系列電壓調(diào)節(jié)器概述

　　TPS759XX系列是TI公司專門為DSP、ASIC和FPGA等多芯片系統(tǒng)供電而設(shè)計(jì)的LDO線性穩(wěn)壓器,，圖1是電路簡(jiǎn)化原理框圖,。TPS759XX共有5個(gè)引腳，VIN是輸入電壓,，VOUT是輸出電壓,，F(xiàn)B是電阻配置引腳，GND是數(shù)字地,，EN是調(diào)壓使能引腳,。

圖1TPS759XX系列電壓調(diào)節(jié)器原理圖

　　TPS759XX系列電壓調(diào)節(jié)器的主要特性如下：

　　(1)最大輸出電流7.5A，是TI公司TPS系列線性電源輸出電流最大之一,，因此特別適用于ADSP這類需要大電流驅(qū)動(dòng)的芯片。

　　(2)可以提供固定1.5V,、1.8V,、2.5V、3.3V等典型電壓,，對(duì)于特殊的電壓要求情況下,，輸出可調(diào)節(jié)（TPS75901），可以通過串聯(lián)適當(dāng)阻值的電阻來獲得需要的電壓值,。

　　(3)可快速響應(yīng)線性電壓和負(fù)載電流的瞬態(tài)變化,在某些應(yīng)用中,，通常要求DSP、MPU,、MCU和PLD必須迅速?gòu)氖‰姷乃吆痛龣C(jī)狀態(tài)進(jìn)入全工作模式,。該系列LDO足以滿足上述應(yīng)用的需要。

　　(4)Dropout電壓很低,，大約幾百毫伏,，輸出電流成正比。靜態(tài)電流很低,，而且與輸出負(fù)載無(wú)關(guān),。(5)推薦工作條件是輸入電壓為2.8"5.5V,，輸出電壓為1.22"5V，輸出電流為0"7.5A,，工作溫度TJ保證在-40"125℃范圍內(nèi),。

　　3 信號(hào)處理系統(tǒng)的板級(jí)電源設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)中的信號(hào)處理系統(tǒng)電路板由外部統(tǒng)一提供5V和3.3V直流電源，電路板上的主要集成芯片包括1片CPLD/FPGA,，5片DSP芯片,，1片A/D和1片D/A轉(zhuǎn)換芯片，時(shí)鐘晶振及時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和輸出驅(qū)動(dòng)等,。對(duì)于5V和3.3V模擬電壓和數(shù)字電壓直接由板外部供給,；而對(duì)于CPLD/FPGA和DSP通常有一種以上的供電要求。采用Altera公司的FPGAEP1K100,，它的輸入輸出供電電壓是3.3V,，內(nèi)核供電電壓為2.5V，總負(fù)載電流小于1A,；采用AD公司的DSP芯片ADSPTS101,，其供電電壓和電流的要求見表1，有至少兩種的電源要求,。在選擇電壓調(diào)節(jié)器時(shí)一定要知道輸出電壓和最大負(fù)載電流,，多芯片系統(tǒng)中，由于所需驅(qū)動(dòng)電流較大,，因此只有TPS759XX這類大電流輸出電壓調(diào)節(jié)器能滿足要求,。對(duì)于具有5片DSP芯片的系統(tǒng)，當(dāng)DSP滿負(fù)荷工作時(shí)的電流約為6.1A,?？紤]信號(hào)處理系統(tǒng)所需，通過電壓調(diào)節(jié)器變壓得到的電壓應(yīng)是2.5V和1.2V,，總負(fù)載電流小于7.5A,，一片TPS75901（或者TPS75925）就可以滿足需要。若總負(fù)載電流大于7.5A時(shí)要增加TPS759XX,，否則將影響芯片的正常工作,。

　　4 信號(hào)處理系統(tǒng)中TPS759XX應(yīng)用配置考慮

　　4.1 對(duì)于輸出電壓可調(diào)節(jié)情況的電阻配置

　　對(duì)于固定輸出的TPS75915(VO=1.5V)、TPS75918(VO=1.8V),、TPS75925(VO=2.5),、TPS75933(VO=3.3)不需要配置電阻，對(duì)于輸出可調(diào)節(jié)的TPS75901則需要配置外部電阻來得到需要的輸出電壓,。圖2所示是TPS95901典型應(yīng)用電路,。

圖2 TPS75901電壓調(diào)節(jié)器典型應(yīng)用電路

　　輸出固定情況下，F(xiàn)B（PG）引腳用于指示輸出電壓的狀態(tài),。輸出可調(diào)節(jié)情況下,，F(xiàn)B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。輸出電壓利用下式計(jì)算：VO=Vref（1+R1/R2）這里內(nèi)部參考電壓Vref=1.224V,。選擇電阻R1和R2應(yīng)該保證分壓電流大約40μA,。推薦選擇R2=30.1kΩ，R1根據(jù)輸出電壓的給定值來確定,。R1的取值可由下面的式子計(jì)算而得：R1=(VO/Vref-2)R2,。

　　4.2 濾波電容

　　為了保證輸入的穩(wěn)定性，在輸入電壓和地之間要連接瓷片電容（0.22"1μF）,，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(huì)引起輸入電壓下降,，當(dāng)降到一定程度,，TPS759XX將停止工作，因此最好和瓷片電容并聯(lián)一大電解電容,，電容值的范圍為47"1000μF,。

　　5 信號(hào)處理系統(tǒng)PCB板電源設(shè)計(jì)考慮

　　所有的集成電路都有一個(gè)最大允許的節(jié)點(diǎn)溫度，超過運(yùn)行節(jié)點(diǎn)溫度,，器件將不能正常工作,，LDO線性電壓調(diào)節(jié)器也不例外。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須考慮運(yùn)行環(huán)境使運(yùn)行節(jié)點(diǎn)溫度不超過最大運(yùn)行節(jié)點(diǎn)溫度,。通常情況下,，線性調(diào)節(jié)器的最大功率可以通過以下的公式計(jì)算出來：

PDmax=（VI(avg)-VO(avg)）IO(avg)+VI(avg)×I(Q)（1）

　　式中：VI(avg)為平均輸入電壓；VO(avg)為平均輸出電壓,；IO(avg)為平均輸出電流,；I(Q)為靜態(tài)電流

　　對(duì)于大部分TI的LDO調(diào)節(jié)器，與平均輸出電流相比,，靜態(tài)電流可以忽略。因此式（1）的后一項(xiàng)可以忽略,。運(yùn)行節(jié)點(diǎn)溫度等于環(huán)境溫度與調(diào)節(jié)器功耗引起的溫度增加之和,。溫度增加可以由下面的公式計(jì)算而得。公式如下：

TR=PDmax×（RJC+RCS+RSA）(2)

TJ=TA+TR(3)

　　式中：TA為環(huán)境溫度,；TR為調(diào)節(jié)器功耗引起的溫度增加,；TJ為工作溫度式（2）中（RJC+RCS+RSA）項(xiàng)與封裝形式和散熱器有關(guān)。工作溫度TJ要限制在-40"+125℃范圍內(nèi),，因此散熱問題必須考慮,。TPS759XX系列有兩種封裝形式。對(duì)于TO-220封裝形式,，通過打孔和貼裝散熱片提供了一種有效的散熱方式,；對(duì)于TO-263封裝形式,，通過增大引腳的敷銅面積散熱效果好。一種通過增大引腳敷銅面積散熱的封裝示意圖如圖3所示,。

圖3 參考封裝

　　在進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)過程中,，電源要單獨(dú)置于一層，電源層應(yīng)采用電源分割的形式,，每個(gè)芯片每種電源分別分割成不同的電源塊,，電流流入處要放置大的過孔，且大面積敷銅,。電源分割寬度和所置過孔的規(guī)格應(yīng)根據(jù)電流的大小來確定,，表2中所示是標(biāo)準(zhǔn)條件下，安全工作載流量對(duì)照表,。

　　已知敷銅厚度的情況下,，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)電流的分割寬度或者孔徑及孔數(shù)目，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分割和打過孔,。例如,，設(shè)敷銅厚度h=0.04mm，電流I=3A,，計(jì)算分割寬度w,。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)截面積應(yīng)該是0.14mm2,，則w=0.14/0.04=3.5mm,，電源分割時(shí)的最小寬度應(yīng)大于此值。

　　6 信號(hào)處理系統(tǒng)的供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　對(duì)于壓差較小的情況,，可以一次降壓,，降到所要求的電壓，比如由3.3V降到2.5V,，這種情況相對(duì)簡(jiǎn)單,，只需配置適當(dāng)?shù)妮斎胼敵鰹V波網(wǎng)絡(luò)即可；對(duì)于壓差較大的情況,，可以采用分級(jí)降壓的方式,，這種方式可以減小電流損耗，提高調(diào)節(jié)器的工作效率,，同時(shí)避免功率過高引起調(diào)節(jié)器溫度過高,。圖4所示是信號(hào)處理系統(tǒng)板級(jí)供電電源實(shí)現(xiàn)框圖。圖5是實(shí)現(xiàn)電路圖,。

圖4 信號(hào)處理系統(tǒng)板級(jí)供電電源實(shí)現(xiàn)框圖

圖5 信號(hào)處理系統(tǒng)板級(jí)供電電源參考電路圖

　　對(duì)于多芯片系統(tǒng),，最好采用各個(gè)芯片分別供電的方式，第一級(jí)可以采用TPS75901或者TPS75925,，電壓由3.3V降到2.5V,，為了說明電阻配置方法,，這里采用TPS75901，為了保證精度,，用一個(gè)固定電阻R1和一個(gè)可變電阻RP1通過適當(dāng)調(diào)節(jié)得到2.5V,，根據(jù)前面所述計(jì)算方法，可變電阻應(yīng)調(diào)節(jié)到61.479kΩ,。第二級(jí)根據(jù)板上芯片的多少,，配以對(duì)應(yīng)數(shù)量的小電流調(diào)節(jié)器REG1117A分別降壓到1.2V，5片ADSP要用到5片REG1117A,，由于篇幅所限,，圖中只給出2片的情況，其余相同,。輸出的1.2V再通過不同的濾波網(wǎng)絡(luò)為DSP提供1.2V的模擬電源和數(shù)字電源,。濾波電容的配置電路圖中已詳細(xì)給出，PCB設(shè)計(jì)時(shí)每個(gè)電源引腳附近還要放置去耦電容,。圖中供電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法在實(shí)際應(yīng)用中性能良好,。