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干货!电源的上电抖动问题分析
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Freeman1 个人主页 给TA发消息 加TA为好友 发表于:2019-10-31 11:02:17 楼主

电源是每个电路系统的核心;其关系到这个电路是否正常工作;而对于高端的ARM、DSP等嵌入式处理器更是如此。概因处理器性能越强,对核心的供电要求越高。大电流输出,高电源稳定性是必须的。

近日在调试TMS320C6678 DSP系统的时候遇到问题,发现同一个DC-DC电源方案,在不同的输出电压下有不一样的表现。发现其在设置为3.3V供电、1.5V供电的时候,上电曲线很完美;但是在设置为1V供电的时候,在上电的瞬间却存在抖动的现象;这让我大吃一惊。

测试对象:TMS320C6678小系统,供电芯片:TPS54620

测试工具:无线示波器(泰思科技 F28M6D)

测试方式:电压电流,电路参数计算

1、电路电压测量

1.jpg 

示波器及待测板子

2.jpg 

电压测试

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核心电压测试

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3.3V的上电曲线

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1.5V的上电曲线

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1.0V的上电曲线(发现上电有杂波)

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放大波形

2、数据测量

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在触发出电源的上电瞬间波形后,打开FFT查看频率成份;经过对比,发现抖动的噪声集中在16.9KHz到28.2KHz这个频段。而3.3V的上电曲线则非常干净,没有什么噪声掺杂在里面。

9.jpg 

3.3V的频率成份

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1.0V的频率成份

3、原理分析:

电路设计是这样的:

11.jpg 

3.3V原理图

12.jpg 

1.0V原理图

输出电压计算公式

VOUT = 0.8(R1+R2)/R2

VOUT = 0.8*(2.49K+10K)/10K = 0.9992V

电压输出值符合设计。

13.jpg 

最小电感的计算

Lmin = ((9 - 1)/(4 * 0.3)) * (1 / (9*900kHz)) ≈ 0.8uH

实际电感取值:2.7uH/6A;符合设计。

14.jpg 

最小滤波电容的计算

Cmin = (4*1)/(900kHz*0.075) = 59.24uF

实际电容值:22uF+22uF = 44uF,不满足设计。

4、优化方案:

输出端增加滤波电容,为达到更好的滤波效果;增加电容组合:22uF+1uF+100nF = 23.1uF;增加后总电容值为44uF+23.1uF = 67.1uF;符合设计要求。

(不同电容大小的独立电容在对应的噪声频段有更好的滤波效果,具体分析在后续的技术文章中说明。)

5、更改结果:

15.jpg 

增加了电容后

上电测试:

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更改后1.0V上电曲线

FFT频域分析:

17.jpg 

FFT

小结:

可以发现,更改后的设计;即使符合设计要求,但是上电震荡的问题仍未解决;总体的纹波有改善,但并不明显。

从调试结果来看,也不是电感电容值的问题;在调试过程中,电感值更换了1uH、1.5uF、22uH;均存在震荡的现象。故,初步推测,这个问题是TPS54620的固有缺陷。具体的原因还需要深入排查及咨询原厂。

 


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