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上网本处理器电源设计要点

作者:时间:2009-08-03来源:网络收藏

由于更高的集成度、更快的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)变得越来越具挑战性。技术的发展必须要和POL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。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/166911.htm

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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