機載TMS320C6678多核DSP電源轉換電路設計

1、    機載tms320c6678多核dsp電源轉換電路設計    李喬楊+李洋+熊凱健摘要：tms320c6678多核dsp芯片電源電路設計復雜，其內(nèi)核電壓一般使用smartreflex電路提供，這對印制板的布局和后期的調(diào)試工作帶來很多限制，不能滿足機載環(huán)境中高可靠性、可制造性的要求。對于tms320c6678芯片的供電需求，本文提出了一種適合在機載嵌入式環(huán)境使用的電源系統(tǒng)設計方案。該設計中全部采用開關電源實現(xiàn)芯片供電，可以滿足tms320c6678多核dsp芯片供電要求，提高了產(chǎn)品的可靠性和可制造性。關鍵字：tms320c6678；smartrefl

2、ex；開關電源1 引言：ti公司的tms320c6678多核dsp芯片具有高性能、低功耗、接口豐富的特點，能夠適應機載數(shù)字信號處理發(fā)展的要求，在機載嵌入式領域應用前景廣闊。tms320c6678芯片內(nèi)核電壓范圍為0.9v-1.1v，可以采用smartreflex技術動態(tài)調(diào)節(jié)芯片內(nèi)核電壓，提高性能功耗比。內(nèi)核電壓供電電路通常采用數(shù)字pwm控制芯片配合電源驅動芯片組合設計。這種供電電路設計復雜，在實際使用中降低功耗效果有限，對印制板的布局和后期的調(diào)試工作帶來很多限制，不能滿足機載環(huán)境高可靠性和可制造性的要求。本文以tms320c6678多核dsp芯片供電系統(tǒng)為研究對象，提出了一種輸出穩(wěn)定電壓的tm

3、s320c6678多核dsp芯片電源系統(tǒng)設計。該設計通過開關電源芯片輸出穩(wěn)定的內(nèi)核電源電壓，使用調(diào)節(jié)配置電阻、電容配置上電順序。該設計能夠滿足tms320c6678多核信號處理模塊電源需求，在機載嵌入式領域有廣闊的應用空間。2 tms320c6678供電需求2.1 tms320c6678tms320c6678是德州儀器（ti）公司全新架構的tms320c66x數(shù)字信號處理器（dsp）。該dsp基于新型keystone多內(nèi)核soc架構實現(xiàn)，內(nèi)部集成了8個tms320c66x dsp corepac。單核最高工作頻率1.25ghz，單核可實現(xiàn)40gmac/core的定點處理和20gflop/cor

4、e的浮點處理能力。tms320c6678 dsp支持320gmac定點處理和160 gflop的浮點處理能力。tms320c6678處理器集成了豐富的高速接口，包括72bit ddr3存儲器接口，最高支持ddr3-1600；4x模式的serial rapidio 接口，支持v2.1規(guī)范，最高工作頻率5 gb/s；2x模式的pci express接口，支持gen2規(guī)范，最高工作頻率5 gb /s；高速hyperlink接口，支持最高50 gbaud的傳輸帶寬； 2個sgmii的gbe千兆以太網(wǎng)接口；基于包加速（ packet accelerator）的網(wǎng)絡協(xié)處理器等。2.2 tms320c667

5、8供電要求為了保證處理器和接口的正常工作，tms320c6678要求提供13種電源，并且對電源的電壓、電流和上電順序等提出了嚴格的要求。如表1所示。供電電路采用外部+5v電源供電，tms320c6678芯片需要多種供電要求的供電電壓。smartreflex內(nèi)核電壓cvdd，電壓范圍為0.9v-1.1v；內(nèi)核電壓cvdd1為1.0v；vddt1/vddt2為處理器高速接口的端接電壓，工作電壓1.0v；dvdd15為處理器ddr3接口功能的供電電壓，工作電壓1.5v；vddr1/vddr2/vddr3/vddr4為處理器高速接口serdes供電電壓，工作電壓1.5v電壓；dvdd18需要1.8v工

6、作電壓；avdda1/avdda2/avdda3為內(nèi)部pll的供電電壓，需要1.8v工作電壓。vrefsstl為ddr3的參考電壓，0.75v。上電順序，tms320c6678 dsp支持兩種方式：（1）cvddcvdd1，vddt1-3dvdd18，avdd1，avdd2dvdd15，vddr1-4（2）dvdd18，avdd1，avdd2cvddcvdd1，vddt1-3dvdd15，vddr1-43 設計方案根據(jù)以上的分析可以看出tms320c6678芯片供電種類多，供電電流大，供電要求復雜。為了保證芯片的正確工作，本文對按照芯片需求將供電電源分為4個部分設計，獨立輸出，減少不同電源之間

7、供電的耦合，便于pcb布局布線和后續(xù)的硬件調(diào)試。根據(jù)tms320c6678芯片電源上電順序要求，本文按照第一種順序進行電源電路設計，見圖1：4路電源上電時間通過電壓轉換芯片獨立調(diào)節(jié)，滿足處理器芯片需求。具體設計如圖2所示。3.1 內(nèi)核電壓cvdd芯片內(nèi)核電壓cvdd，電壓范圍為0.9v-1.1v，本文采用ltm4600芯片轉換電路將+5v直流電源轉換為內(nèi)核電壓1.0v，穩(wěn)定輸出電流10v。如圖3所示。ltm4600電源轉換電路最高能夠提供10a連續(xù)電流和14a峰值輸出電流，采用小體積的15mm×15mm lga封裝，4.5v至20v的寬輸入電壓范圍，輸出最低電壓為0.6v，具有短路和

8、過壓保護功能。可以調(diào)節(jié)ltm4600芯片run端接電阻和對地電容獲得合適的上電時間，能夠滿足芯片內(nèi)核電源需求。3.2 cvdd1/vddt1/vddt2cvdd1為核心供電電壓內(nèi)存排列，固定輸入1.0v；vddt1為hyperlink供電，工作電壓1.0v；vddt2串行千兆位以太網(wǎng)（sgmii）/串行高速接口（srio）/快速串行總線（pcie）接口電源，供電電壓1.0v，這三種電源可以使用相同的上電時間。本文采用ltm4600芯片轉換電路將+5v直流電源轉換為內(nèi)核電壓1.0v，輸出電流10v。可以調(diào)節(jié)ltm4600芯片run端接電阻阻值獲得合適的上電時間，能夠滿足芯片cvdd1/vddt1

9、/vddt2電源需求。 3.3 dvdd18，avdd1，avdd2dvdd18為接口電源，工作電壓1.8v；avdda1/avdda2/avdda3為芯片內(nèi)部pll鎖相環(huán)的供電電壓，工作電壓1.8v?？紤]到電源轉換效率，本文采用tps74401rgwr芯片電源轉換電路將3.3v直流電源轉換為1.8v使用，tps74401rgwr電源轉換電路最大輸出電流為3a，滿足芯片1.8v電源需求。3.3v電源由ltm4600芯片轉換電路提供。在此不再介紹。3.4 dvdd15，vddr1-4dvdd15為處理器芯片ddr3 sdram接口功能的供電電壓，工作電壓1.5v，vrefsstl為ddr3的參考

10、電壓0.75v；vddr1/vddr2/vddr3/vddr4為處理器高速接口serdes供電電壓，供電電壓1.5v。ddr3存儲器采用1.5v供電，所需vtt、vref信號與1.5v電源信號要有嚴格的時序要求，在本文中此部分電源轉換電路由tps51116電壓轉換芯片和外圍開關電路（hi-8591pst、hi-8570pst）組成，將5v電壓轉換為1.5v、0.75v。4 結束語對于tms320c6678芯片的供電需求，本文在提出了一種適合在機載嵌入式環(huán)境使用的電源系統(tǒng)設計方案。在滿足芯片電流、電壓、上電順序方面要求的同時，顯著降低了電路復雜度，方便了pcb布局布線和后期硬件調(diào)試，提高了產(chǎn)品的可靠性和可制造性。有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn)，有推廣意義。參考文獻：1arnon friedmann.ti' s new tms320c66x fixedandfloating-point dsp coreconquers theneed for speedeb/ol.2011-12-20http： / /.2texas instruments corp.tms320c6678 multicore fixed andfloating-point digital sig