基于高性能信号处理器件TPS54X80的电源定序实现

诸如DSp与FpGA等高性能信号处理器件要求多种针对内核及I/O电压生成不同电压的电源。电源输出上电和断电顺序对器件操作和长期可靠性至关重要。德州仪器(TI)供应的SWIFT?系列高集成度电源管理IC能够满足上述电路必需的电源定序要求。

SWIFT?稳压器集成了所有设计高性能负载点dc/dc转换器所需的有源组件：低电阻功率MOSFET、MOSFET驱动程序、脉宽调制比较器以及误差放大器。完成dc/dc转换器设计的外围器件是无源的，如感应器、电容器和电阻器。根据设计，SWIFT?器件已专门用于实现灵活方便的定序而进行了设计。特别是TpS54X10与TpS54X80，这两种器件类型能够在上述应用中良好运行。这些器件可在3～6V的输入电压范围内工作，并可降压至0.891V，而且具备3、6、8、9A的额定版本。每种器件都具备两种集成的MOSFET，从而可供应同步校正功能以及超过90%的高效率。TpS54X10器件具备集成的软启动功能，可控制启动时的浪涌电流。TpS54X80具有集成的定序特性。两种器件均包括可与处理器上电复位输入相连的电源安全讯号功能。

TpS54X80专门针对具有关键电源定序要求的应用而设计。TpS54X80可轻松实现上电定序的比例、同步或顺序模式。该器件具有TRACKIN引脚，可执行不同的定序方法。TRACKIN引脚具备一个模拟多路器，其可将0.891V的内部参考电压与TRACKIN引脚上的电压相比较，并可将较低电压与误差放大器的非反向节点相连(见图1)。

当TRACKIN引脚电压低于内部参考电压时，TRACKIN引脚电压便为有效的参考电源。选择TRACKIN引脚上的分压电阻器(如R1与R2)将能够确定上电定序方法。通过选择适当的TRACKIN分压比率，可执行比例或同步跟踪。如图1b所示，使用电阻电容器(RC)电路而不使用电阻分压器将执行顺序定序。

通过选择TRACKIN引脚上分压器的电阻器值，可执行比例定序。图1中的电阻器R3及R4在正常操作时调节内核的输出电压。图1中的R1和R2决定定序方法。为简化定序设计，不管定序方法如何，R1与R3的电阻器值均应相等。因为定序应用启动时要求内核电源低于I/O电源，所以R2应当低于R4的值。同样，关于上电时内核电源应高于I/O电源的应用而言，R2应当大于R4。假如最大压差不能超出轨之间范围，则使用等式1计算R2，其中DV表示I/O与内核电源之间的最大压差。

与比例执行相似，同步定序也采用TRACKIN引脚上的分压器进行执行。同步定序的目的是，在上电及断电时最小化电源输出间的压差。我们可以使用等式2来计算R1/R2的比例。

关于同步定序而言，假如R1与R3相等，则R2将总与R4相等。图2b中的波形显示了典型的同步启动波形。在断电时，假如I/O电源高度负载且内核电源轻微负载的话，则轨间的差异最小。这是由于内核电源吸收电流的速度赶不上I/O电源下降的速度。在I/O输出上添加更多降压电容将控制此情况。

如图1b所示，我们通过电阻电容器(RC)电路将I/O电源的电源好(pWRGD)引脚连接至TpS54680内核转换器的TRACKIN引脚，从而执行顺序启动。电阻器R6发送pWRGD信号至Vin电源。电容器C4从TRACKIN接地。在图2c的启动波形中，+3.3VI/O电源首先上升。当电源达到其最终的3.3V稳定状态值时，pWRGD引脚的漏极开路输出释放TRACKIN引脚，且内核电源将以RC时间常量的速度上升。C4电容器用于在内核电源启动时最小化浪涌电流。当TpS54X10I/O电源的SSENA较低或当I/O电压低于良好的稳定电压的90%时，pWRGD引脚启动，并降低TRACKIN引脚。理想情况下，I/O及内核电源将以同电源上电时相反的顺序断电。假如内核没有负载或负载较轻，当I/O轨断电时，则TpS54X80器件可吸收电流并将输出电容器中存储的能量传输至输入电容器。