基于TPS759XX系列的信号处理系统的电源设计

引言
在大型的通信信号处理系统和雷达信号处理系统中，器件规模不断扩大，对电源的性能和功率及其外围滤波电路地要求也越来越高，电源设计对于一个系统的正常工作起着至关重要的作用。
在实际应用中，通常利用线性电源或者开关电源给整个系统供电，而对于每一块独立电路板上的每一个集成芯片则需要DC-DC电压调节器分别调节后供电。线性调节器的输入电流接近于输出电流，它的效率(输出功率/输入功率)接近于输出/输入电压比。因此，压差是一个非常重要的性能，因为更低的压差意味着更高的效率。LDO线性稳压器的低压差特性有利于改善电路的总体效率，本文采用的就是LDO线性稳压器。

信号处理系统的
板级电源设计
某信号处理电路板由外部统一提供+12V和+5V直流电源，电路板上的主要集成芯片包括A/D和D/A转换芯片、时钟晶振及时钟驱动、输出驱动、CPLD(或FPGA)以及DSP芯片等。
对于模拟部分，利用+12V直流电源经过电压调节器转化成+5V和+3.3V电压。对于CPLD(或FPGA)和DSP通常有一种以上的供电要求：对于CPLD(或FPGA)，一般输入/输出供电电压是+3.3V，内核供电电压为2.5V；对于DSP，以ADI公司的DSP芯片ADSP TS101为例，其对供电电压和电流的要求如表1所示。多芯片系统中，由于所需驱动电流较大，因此只有TPS759XX这类大电流输出电压调节器能满足要求。

TPS759XX系列
电压调节器概述
TPS759XX系列是TI公司专门为DSP、ASIC和FPGA等多芯片系统供电而设计的LDO线性稳压器，其主要特性如下：
最大输出电流为7.5A，属于TI公司TPS系列线性电源中输出电流最大的之一，因此特别适用于ADSP这类需要大电流驱动的芯片。
可以提供固定1.5v、1.8v、2.5v、3.3v等典型电压，对于特殊的电压要求，输出可调节，可以通过串联适当阻值的电阻来获得需要的电压值。
使能引脚EN低电平有效，如输入TTL高电平信号，则调节器进入睡眠方式，静态电流减小到1mA。
Dropout电压很低，大约几百毫伏，大小与输出电流成正比。静态电流很低，且与输出负载无关。

TPS759XX应用配置考虑
电阻
TPS759XX系列电压调节器的典型应用电路如图1所示。输出固定时，FB(PG)引脚用于指示输出电压的状态；输出电压可调节时，FB引脚用于电压反馈输入引脚，在VO和FB之间配置电阻可以获得所需电压。
对于可编程的TPS759XX系列，输出电压利用下式计算：
VO=Vref(1+R1/R2)
这里内部参考电压Vref=1.224V。
选择电阻R1和R2应该保证分压电流大约为40mA。推荐选择R2=30.1kW，R1根据输出电压的给定值来确定：
R1=(VO/Vref-2)R2
滤波电容
为了保证输入的稳定性，在输入电压和地之间要连接瓷片电容(0.22~1mF)，并且要尽量靠近输入电压引脚安装。由于电源本身存在阻抗，会引起输入电压下降，当降到一定程度时，TPS759XX将停止工作，因此最好和瓷片电容并联一大电解电容(电容或者铝电容)，电容值的范围为47~1000mF。

PCB板设计考虑
LDO线性调节器产生的热量与它在工作过程中做的功成正比。所有的集成电路都有一个最大允许的节点温度，超过此温度，器件将不能正常工作。所以，系统设计者必须考虑运行环境，使运行节点温度不超过最大温度。
通常情况下，线性调节器的最大功率可通过下式计算：
Pdmax =(VI(avg)-VO(avg))IO(avg)+VI(avg)