上网本处理器电源设计要点

文章摘要：由于更高的集成度、更快的处理器运行速度以及更小的特征尺寸，内核及I/O电压的负载点(POL)处理器电源设计变得越来越具挑战性。处理器技术的发展必须要和POL电源设计技术相匹配。对当今的高性能处理器而言,5年或10年以前使用的电源管理解决方案可能已不再行之有效。因此，当为德州仪器(TI)的DaVinci数字信号处理器(DSP)进行POL电源解决方案设计时，充分了解基本电源技术可以帮助克服许多设计困难。本文以一个基于TI电源管理产品的电源管理参考设计为例，讨论一系列适用于DaVinci处理器的电源去耦、浪涌电流、稳压精度和排序技术。大型旁路去耦电容处理器所使用的全部电流除了由电源本身提供以外，处理

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由于更高的集成度、更快的处理器运行速度以及更小的特征尺寸，内核及I/O电压的负载点(POL)处理器电源设计变得越来越具挑战性。处理器技术的发展必须要和POL电源设计技术相匹配。对当今的高性能处理器而言,5年或10年以前使用的电源管理解决方案可能已不再行之有效。因此，当为德州仪器(TI)的DaVinci数字信号处理器(DSP)进行POL电源解决方案设计时，充分了解基本电源技术可以帮助克服许多设计困难。本文以一个基于TI电源管理产品的电源管理参考设计为例，讨论一系列适用于DaVinci处理器的电源去耦、浪涌电流、稳压精度和排序技术。

大型旁路去耦电容

处理器所使用的全部电流除了由电源本身提供以外，处理器旁路和一些电源的大型电容也是重要来源。当处理器的任务级别(level of activity)急剧变化而出现陡峭的负载瞬态时，首先由一些本地旁路电容提供瞬时电流，这种电容通常为小型陶瓷电容，可快速响应对负载变化。随着处理速度的增加，对于更多能量存储旁路电容的需求变得更为重要。另一个能量来源是电源的大电容。为避免出现稳定性问题，一定要确保电源的稳定性，且可利用增加的旁路电容正确地启动。因此，必须保证对电源反馈回路进行补偿以适应额外的旁路电容。电源评估板(EVM)在试验台上可能非常有效，但在负载附近增加了许多旁路电容的情况下，其性能可能会发生变化。

作为一个经验法则，可以通过在尽可能靠近处理器电源引脚的地方放置多个0603或0402电容(60用于内核电压，而30则用于DM6?43的I/O电压)，将DaVinci电源电压的系统噪声进行完全去耦。更小型的0402电容是更好的选择，因为其寄生电感较小。较小的电容值(如560pF)应该最接近电源引脚，其距离仅为1.25cm。其次最接近电源引脚的是中型旁路电容(如220nF)。TI建议每个电源至少要使用8个小型电容和8个中型电容，并且应紧挨着BGA过孔安装(占用内部BGA空间，或者至少应在外部角落处)。在更远一点的地方，可以安装一些较大的大型电容，但也应该尽可能地靠近处理器[1]。

浪涌电流

具有大旁路电容的电源存在启动问题，因为电源可能无法对旁路电容充电，而这正是启动期间满足处理器要求所需要的。因此，在启动期间，过电流可能会引起电源的关断，或者电压可能会暂时下降(变为非单调状态)。一个很好的设计实践是确保电压在启动期间不下降、过冲或承受长时间处于高压状态。为减少浪涌电流，可通过增加内核电压电源的启动时间，来允许旁路电容缓慢地充电。许多DC/DC调节器都具有独特的可调软启动引脚，以延长电压斜坡时间。如果调节器不具有这种软启动引脚，那么可利用一个外部MOSFET以及一种RC充电方案，从外部对其进行实施。

本文推荐使用一种带有电流限制功能的DC/DC调节器，来帮助维持单调的电压斜坡。采用软启动方案有助于满足DaVinci处理器的排序要求。

上电排序

越来越多的处理器厂商提供推荐的内核及I/O上电排序的时序准则。一旦获知时序要求，POL电源设计人员便可选择一种适当的技术。对双路电源上电和断电的方法有很多种，其中顺序排序和同时排序是最为常用。

当在内核和I/O上电之间要求一个较短的毫秒级时间间隔时，可以采用任何顺序实施顺序排序。实施顺序排序的一种方法是只需将一个稳压器的PWERGOOD引脚连接至另一个稳压器的ENABLE引脚。当内核和I/O电压差在上电和断电期间需要被最小化时，就需要使用同时排序。为实施同时排序，内核和I/O电压应彼此紧密地跟踪，直到达到较低的理想电压电平。此外，较低的内核电压达到了其设定值要求，而较高的I/O电压将可以继续上升至其设定值[2]。

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历史经验数据显示，内核电压随着处理技术的发展而不断降低。对内核电压稍作改变，便可提供更高的性能，或节省更多电量。选择一个具有可编程输出电压和±3%以内输出电压容差的稳压器是一种较好的设计方法。相比从零开始重新设计一种全新的电源，简单的电阻器变化或引脚重新配置要容易得多。因此，最好选择一款可以支持低至0.9V或更低输出电压的稳压器，以便最大化地重用，并帮助简化TI片上系统(SoC)器件未来版本的使用。

参考设计

我们构建了若干个电源管理参考设计，并进行数字音频/视频应用的测试。这些设计均采用TI的TMS320DM6?43和TMS320DM6?46处理器，这些处理器能满足排序、电压精度和启动要求。图1是12V电源的参考设计电路图

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