TPS54350在信号处理系统中的应用

作者：西安电子科技大学 陈茹梅 刘书明 郭建硕

DC/DC转换器TPS54350可在信号处理系统中提供多个电压，具有灵活、高效、紧凑等特点。

TPS54350是具有内部MOSFET的高效DC/DC转换器，连续输出电流为3A时，支持输入电压范围为4.5～20V，可使设计人员直接通过中压总线(而非依赖额外的低电压总线)为DSP、FPGA和微处理器供电。

特性和功能

TPS54350的输入电压为4.5～20V，输出电压可调低至0.891V，PWM频率固定为250kHz、500kHz或250～700kHz的可调节范围，还具有完善的保护功能。

TPS54350的管脚功能如下。

● VIN：电压输入引脚，必须旁路接一个低差错秒比率(ESR)为10μF的陶瓷电容；

● UVLO ：低电压锁定输出；

● PWRGD：开沟道输出。引脚为低时，表示输出低于期望的输出电压值。PWRGD比较器的输出端有一个内部的上升沿滤波器；

● RT：频率设置引脚。在RT引脚与地(AGND)之间接一个电阻器来设置转换频率。将RT引脚与地连或是悬空，可以来得到一个内部的备选频率；

● SYNC：双向IO同步引脚。当RT引脚悬空或置低时，SYNC为输出；当它与一个下降沿信号连接时，亦可作为一个输入端口来同步系统时钟；

● ENA：使能引脚。低于0.5V时，芯片停止工作；悬空时被使能；

● COMP：误差放大器输出；

● VSENSE：误差放大器转换节点，基准电压值；

● AGND：模拟地，内部与感应模拟地电路连接。与PGND和PowerPAD连接；

● PGND：电源地，与AGND和PowerPAD连接；

● VBIAS：内部8.0V偏置电压。引脚要接一个0.1μF的陶瓷电容；

● PH：相位，与外部L-C滤波器连接；

● BOOT：在BOOT引脚与PH引脚之间连接一个0.1μF的陶瓷电容。

图1是TPS54350的实际应用电路图，图中给出的是其中的一种情况，其输出电压是可变的，通过改变电阻R2的值，来得到期望的输出电压值。图中的输入电压为12V，输出电压为3.3V，其中R2的计算公式为 R2 = R1 x 0.891/(Vo - 0.891)，此时的R2阻值为374Ω，R1=1kΩ。

表1中给出当R1=1kΩ和R1=10kΩ时的几种输出电压之下的R2的值。本文所设计的系统中，就是运用图1所示的电路来实现的。根据不同的输出电压要求，赋给R2不同的阻值，其阻值的取法可参照表1。另外，对于一个设计者来说，在设计电路时要考虑到以下几个因素，见表2。本系统中的R1阻值为1kΩ。

在信号处理系统中的应用

本信号处理系统采用的是ADI公司的ADSP TS101s芯片所组成的多片某仿真雷达信号处理系统，系统主要由五片DSP、一片CPLD和七片TPS54350组成。在以往使用MAX1951的经验基础上，经过多方面的设计考虑，系统采用了TPS54350芯片。从表1可以看出，TPS54350可以输出3.3V和1.2V的电压。系统中的DSP采用的是240MHz的时钟，每个指令周期约为4.17ns。根据ADSP TS101s的操作条件可知，当温度为25℃，时钟CCLK为250MHz时，典型情况下的VDD(1.25V)供电电流的典型值为1.2A，VDD_IO的供电电流小于137mA。TPS54350的额定输出电压为3A，所以此系统的设计是合理的。

TigerSharc DSP有三个电源，其中数字3.3V(VDD_IO)为I/O供电；数字1.2V(VDD)为DSP内核供电；模拟1.2V(V)为内部锁相环和倍频电路供电。系统将主机送来的5V经过TPS54350得到3.3V和1.2V的电压。各片DSP的数字1.2V(VDD_A)电源各由一片TPS54350供给。五片DSP内部模块1.2V(VDD_A)由同一DSP芯片的VDD(+1.2V)经滤波网络后解决。五片DSP的I/O 3.3V电源直接由主机送来的5V经过TPS54350得到的3.3V统一供给，同时也提供CPLD(EP1k30)的VCC_IO(+3.3V)的电压。其中CPLD的VCC_INT(+2.5V)利用TPS54350输出的+2.5V的电压来供电。本文给出了系统的供电框图，如图2所示。图3中给出了单片DSP的内核供电框图及外围电路配置。

TPS54350采用的是小型16引脚HTSSOP封装。根据以往的经验，建议设计者在设计PCB时，给TRS54350加上散热片，电源线尽量粗。在TPS54350的前后均加上了滤波网络，尽量保证得到比较合适的电压。

系统中的EP1K30产生上电复位波形和时序控制。由于EP1K30需要一个配置芯片，而且它和DSP存在一个上电先后的问题。也就是说，在上电后，如果CPLD芯片完成配置文件的读入时，DSP仍未上电稳定，则应充分延长Tstart_IO的低电平时间，以避免DSP上电未稳定而CPLD上电波形已结束。因此，应保证DSP上电稳定先于CPLD芯片配置文件的读入，此问题在系统设计时应予以充分重视，否则DSP将无法正常工作。TigerSharc DSP要求数字3.3V和1.2V应同时上电。若无法严格同步，则应保证内核电源1.2V先上电，I/O电源3.3V后上电。本系统在数字3.3V输入端并联了一个大电容，而在数字1.2V输入端并联了一个小电容，其目的就是为了保证3.3V充电时间大于1.2V充电时间，以便很好地解决电源供电先后的问题。