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TMS320LF2407A在混合電壓系統(tǒng)中的設(shè)計
摘要：介紹了TMS320LF2407A在混合電壓系統(tǒng)中的設(shè)計。首先對TMS320LF2407A做了簡單的介紹，然后闡述了TMS320LF2407A的電源問題以及與5V器件接口時存在的邏輯電平不匹配問題，分析了產(chǎn)生這些問題的原因，并給出了相應(yīng)的解決方案。隨著便攜式數(shù)字電子產(chǎn)品、數(shù)字式移動電話、手持式測試儀表等的迅速發(fā)展，要求使用體積小、功耗低、電池耗電小的器件，從而使得集成電路的工作電壓已經(jīng)從5V降到3．3V甚至更低，例如2．5V和1．8V。但是目前仍有許多5V電源的邏輯器件和數(shù)字器件可用，因此在許多設(shè)計中將會有3．3V邏輯器件和5V邏輯器件共存，而且不同的電源電壓在同一電路板中混用。隨著更低電壓標(biāo)準(zhǔn)的引進(jìn)，混合電壓的系統(tǒng)將會代替單電壓系統(tǒng)，并會在很長時間內(nèi)存在。
1 TMS320LF2407A概述
TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定點DSP控制器，它采用了高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3．3V，減小了控制器的功耗；40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns(40MHz)，從而提高了控制器的實時控制能力；集成了32K字的閃存(可加密)、2．5K的RAM、500ns轉(zhuǎn)換時間的A／D轉(zhuǎn)換器，片上事件管理器提供了可以滿足各種電機的PWM接口和I／O功能，此外還提供了適用于工業(yè)控制領(lǐng)域的一些特殊功能，如看門狗電路、SPI、SCI和CAN控制器等，從而使它可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。
然而，在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，還需要對TMS320LF2407A進(jìn)行必要的外圍擴(kuò)展，譬如程序區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的擴(kuò)展、CAN的驅(qū)動等，以滿足整個應(yīng)用系統(tǒng)的實際需要。
2 電源設(shè)計
TMS320LF2407A的工作電壓是3．3V，而目前許多常用外圍器件的主要工作電源通常是5V，因此以TMS320LF2407A為核心所構(gòu)成的應(yīng)用系統(tǒng)必然是一個混合電壓系統(tǒng)。與完全的3．3V系統(tǒng)相比較，混合電壓系統(tǒng)由于低電壓器件的缺乏，顯然有不少缺點。其中一個主要缺點就是對多電源的要求，一個典型的系統(tǒng)需要3V、5V、 12V／-12V，甚至更高的電壓。設(shè)計的一個目標(biāo)就是減少所需電源的數(shù)目，并減少產(chǎn)生這些電源電壓所需器件的數(shù)目。為了減少多電源所需的額外器件的數(shù)目，不少廠家提供了產(chǎn)生多種電壓的芯片。同時，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，將會出現(xiàn)更多的低電壓器件，從而逐漸消除對多電源的要求和產(chǎn)生這些電源的花費和復(fù)雜性。 對于TMS320LF2407A應(yīng)用系統(tǒng)而言，首先要解決TMS320LF2407A的電源問題。解決3．3V電源通常有以下幾種方案。
2．1 電阻分壓
利用電阻分壓的方法比較簡單，其原理如圖1所示。但是，該電路實際的輸出電壓顯然要小于3．3V，并且隨著負(fù)載的變化，輸出電壓也會產(chǎn)生波動。另外，這種電路的功耗也比較大。然而，其成本比較低并且結(jié)構(gòu)簡單，可以作為一種應(yīng)急的方案。對于低功耗的系統(tǒng)和對電源要求高的系統(tǒng)，不適合采用這種方案。
2．2 直接采用電源模塊
考慮到開關(guān)電源設(shè)計的復(fù)雜性，一些公司如Agere(原來朗訊的微電子部)、Ericsson、Vicor等，推出了基于開關(guān)電源技術(shù)的低電壓輸出電源模塊。這些模塊可靠性和效率都很高，電磁輻射小，而且許多模塊還可以實現(xiàn)電源隔離。這些電源模塊使用方便，只需增加很少的外圍元件，但是價格比較昂貴。
2．3 利用線性穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換芯片
線性穩(wěn)壓芯片是一種最簡單的電源轉(zhuǎn)換芯片，基本上不需要外圍元件。但是傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，如LM317，要求輸入電壓比輸出電壓高2V或者更大，否則就不能夠正常工作。因此對于5V的輸入，輸出并不能夠達(dá)到3．3V。面對低電源的需求，許多電源芯片公司推出了低電壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。這種電源芯片的壓差只有1．3V-0．2V，可以實現(xiàn)5V轉(zhuǎn)3．3V／2．5V，或者3．3V轉(zhuǎn)2．5V／1．8V等要求。LDO所需的外圍器件數(shù)目少，使用方便、成本較低、紋波小、無電磁干擾。例如，TI公司的TPS73xx系列就是TI公司為配合DSP而設(shè)計的電源轉(zhuǎn)換芯片，其輸出電流可以達(dá)到500mA，且接口電路非常簡單，只需接上必要的外圍電阻，就可以實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。該系列分為固定電壓輸出的芯片和可調(diào)電壓輸出的芯片。但這種芯片通常效率不是很高，而且功耗比較大。
采用何種電源設(shè)計方案，取決于系統(tǒng)的具體要求。通常，小功率或?qū)﹄娫葱室筝^低的時候，可以采用LDO。但是對于大功率或?qū)﹄娫葱室筝^高的時候，則應(yīng)該使用電源模塊。TMS320LF2407A的特點之一就是低電壓工作，其功耗也比較低，所以采用TI公司的TPS73xx系列比較合適。其中，TPS7333是一種固定輸出3．3V電壓的電源轉(zhuǎn)換芯片，正好適合TMS320LF2407A的電源需要。
3 邏輯接口設(shè)計
由于TMS320LF2407A的引進(jìn)，不同電壓的邏輯系統(tǒng)將共存于同一個電路板中，譬如在同一電路板中存在3．3V和5V兩種邏輯系統(tǒng)。因此，在設(shè)計邏輯器件之間的接口時，采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ梢员苊獠煌妷旱倪壿嬈骷涌跁r出現(xiàn)問題，從而保證所設(shè)計的電路數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/P>
3．1 邏輯電平不同時接口出現(xiàn)的問題
在混合電壓系統(tǒng)中，不同電源電壓的邏輯器件相互接口時會存在以下三個主要問題：加到輸入或輸出引腳上允許的最大電壓的限制問題；兩個電源間電流的互串問題；必須滿足的輸入轉(zhuǎn)換門限問題。
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