基于電源監(jiān)控芯片的DSP圖像處理系統(tǒng)設(shè)計

1、基于電源監(jiān)控芯片的dsp圖像處理系統(tǒng)設(shè)計電源在所設(shè)計系統(tǒng)的設(shè)備中可以說是最容易的器件，但卻必需放在整機設(shè)計的最后考慮。為了保證整機的牢靠運轉(zhuǎn)，對供電系統(tǒng)的要求越來越高。在高速板中，例如視頻處理卡，因為電路的高頻特性，開關(guān)的電磁輻射和線路噪音都會干擾到達電路器件，即器件的實際工作電壓。而現(xiàn)今的低電壓、低功耗、高性能的芯片，如芯片等對工作電壓的要求十分高，普通都要求電壓偏差不超過5%，若芯片的供電電壓為3.3v，即電壓偏差不能超過0.165v。否則，一旦工作電壓超出這個范圍，長時光工作簡單縮短壽命甚至于燒毀。因此，在電路中需要通過電壓監(jiān)控電路來實現(xiàn)對電壓的實時監(jiān)控，以期電源能夠為芯片提供合格而穩(wěn)定

2、的電壓。ti公司tps330x系列電源監(jiān)控芯片ti已延續(xù)四年成為全球模擬市場的領(lǐng)導者，在產(chǎn)品及接口方面保持著率先的地位。ti(公司)在很早以前就發(fā)明白供給電壓監(jiān)控器(supply-voltage supervisor，svss)，并新近開發(fā)出tps330x系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品結(jié)合了芯片內(nèi)集成、省電結(jié)構(gòu)設(shè)計和新的低電壓選項，主要用于多種電壓電路中系統(tǒng)芯片的供電電壓監(jiān)控，為用戶提供高品質(zhì)的電壓。作為tps33x-xx系列的代表，tps3307-33d具有以下優(yōu)良特性：(1) 主要用于多電壓處理器體系，可以為dsp等芯片提供三通道監(jiān)控電路;(2) 200ms固定延時的上電復位發(fā)生器，無需外部擴展;(3

3、) 電壓溫度補償;(4) 可提供2"6v的大范圍電壓;(5) 可穩(wěn)定工作在-40°c to 85°c。tps3307-33d可監(jiān)視兩種自立電壓，并且還可以控制另外一種電壓，這種電壓可以自立調(diào)節(jié)并內(nèi)在與復位規(guī)律電路相連。其芯片管腳1所示。圖1 tps3307管腳圖其中，sense 1，sense 2，sense3分離用于監(jiān)控第一、其次、第三種電壓;/mr即manual reset，可銜接一個外部復位觸發(fā)設(shè)備來實現(xiàn)電路人工復位;/reser輸出低電平有效復位信號;reset輸出高電平有效復位信號。其內(nèi)部電路模塊圖表示如下圖2所示。圖2 tps3307芯片內(nèi)部模塊圖從圖

4、中可以看出，電壓監(jiān)控有內(nèi)置晶振，核心部分十分穩(wěn)定，并且具有溫度補償參考電壓體系。第一、其次監(jiān)控電壓被內(nèi)部反壓后與的參考電壓舉行比較。sense 3管腳的輸入電壓挺直與1.25v參考電壓舉行比較?；趖ps3307的一種典型的電壓監(jiān)控應(yīng)用可以用圖3的模塊圖表示。該電路可以同時監(jiān)控2.5v、3.3v和5v三種電壓。假如sense 3的輸入電壓為2.5v，經(jīng)內(nèi)置分壓電阻分壓后，通過計算門檻電壓vit-可以得知，sense 3可以很好的監(jiān)控2.5v電壓。詳細計算過程為：這個值十分適合用于2.5v電源供電。圖3 tps3307應(yīng)用計劃該計劃中的c代表tms320c6211、c325等微處理器。tps33

5、07-33d在dsp圖像處理系統(tǒng)中的應(yīng)用本系統(tǒng)是采納ti tms320c6211芯片處理通過攝像頭拍攝并經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后的圖像。dsp對圖像舉行壓縮后，由dsp的hpi口通過ti的pci2040芯片上傳到上位機主板上，與上位機的pci舉行通信。系統(tǒng)設(shè)計中關(guān)鍵是視頻處理卡的設(shè)計，因為市場上能夠買到的視頻卡普通功能都有限，不能滿足本項目的需求，故自行設(shè)計一塊視頻卡。在視頻卡設(shè)計中，設(shè)計十分關(guān)鍵，它挺直影響著視頻卡的最后實現(xiàn)和穩(wěn)定運行。電源設(shè)計包括兩個部分：供電系統(tǒng)和電源檢測及上電復位系統(tǒng)。對供電系統(tǒng)來說，為滿足系統(tǒng)需要，必需能夠提供四種電源電壓，分離為-+5v、-5v、+3.3v和+1.8v。+5

6、v電源由外部提供，而其它供電電壓需要自行設(shè)計。在挑選5v-3.3v dc-dc電壓泵時，考慮大小為：tms320c6211的130ma、saa7111a的150ma、epm7128s的300ma、am29lv800b的30ma、72v215的2×60ma、mt48lc4m16a2的2×230ma，電流共需在1.2a左右，加上其它的一些電壓轉(zhuǎn)換芯片和接口芯片，考慮1.5a的供電電流。即供電電流必需大于1.5a。在挑選5v-1.8v dc-dc電壓泵為dsp供電時，供電電流要大于830ma。該系統(tǒng)中的電源檢測及上電復位電路，是為保證系統(tǒng)在供電未達工作電壓前，各器件不會處于不受控

7、制的狀態(tài)而設(shè)計的。該電路可以保證這些器件在系統(tǒng)加電的過程中，始終處于復位狀態(tài)，直到各供電電壓達到正常工作電壓。另外當電平下降到門限值以下的時候，會強制芯片進入復位狀態(tài)。本監(jiān)控系統(tǒng)采納一片ti的tps3307-33d作為電源檢測ic。該器件定義在其供電vdd1.1v時其/reset即可輸出有效的信號。4所示，在本系統(tǒng)中，該電路可以完成對5v、3.3v和1.8v三種供電電壓的監(jiān)測，并可以對系統(tǒng)的三種器件(c6211、epld和at89c2051)同時舉行上電復位和手工復位。圖4 tps3307電源監(jiān)控電路其中+3.3v是tms320c6211的i/o接口所需的電壓，這是dsp外圍接口電壓，必需能夠

8、保持穩(wěn)定、持續(xù)供電。其外接的sdram和flash rom都是3.3v器件，若電壓不穩(wěn)，這些器件無法穩(wěn)定工作，簡單導致?lián)p耗甚至燒毀這些器件。+1.8v供電是為了滿足tms320c6211的cpu核心工作電壓需要。對于tms320c6211來說，其工作頻率為150mhz，對電壓的變幻十分敏感。電壓過高會使器件損傷，電壓過低芯片會自動復位。應(yīng)專心得通過用tps3307芯片舉行電壓監(jiān)控設(shè)計，不僅了解了部分ti模擬器件，而且還從中發(fā)現(xiàn)高速電路板設(shè)計中電源設(shè)計及監(jiān)控的重要性。這些重要性主要體現(xiàn)在以下幾個問題里面。(1)電源熱處理熱處理對任何系統(tǒng)都是一大難題。電源系統(tǒng)在工作過程中會產(chǎn)生很大的熱量。當系統(tǒng)未

9、提供空氣對流或環(huán)境溫度較高時，散熱器是必須的。風扇提供的氣流能簡化電源的設(shè)計，但增強了噪音，降低了牢靠性。本系統(tǒng)中因為主板上置有散熱風扇，而且電源的功率不太大，故不單獨采納散熱器。(2)emi處理電磁干擾是和電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計人員瀕臨的主要設(shè)計問題。必需考慮各種噪聲：傳導、輻射、共模和差模噪聲。共模噪聲是系統(tǒng)噪聲最重要的來源，在dc-dc變換器中，共模噪聲是初級與次級間流通的電流引起的，它是主開關(guān)器件和輸入-輸出耦合電容上電壓瞬變過程的函數(shù)。因為開關(guān)電源中通常包含有高頻信號，上任何印制線都可以起到天線的作用，印制線的長度和寬度會影響其阻抗和感抗，從而會影響到頻率響應(yīng)。即使是通過直流信號的印制線也

10、會從鄰近的印制線耦合到信號并造成電路問題，甚至再次輻射出干擾信號。因此應(yīng)將全部通過溝通的印制線設(shè)計得盡可能的短而寬，這意味著必需將全部銜接到印制線和其他電源線的元件放置得很近。印制線的長度與其表現(xiàn)出的量和阻抗成正比，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比。長度反映出印制線響應(yīng)的波長，長度越長，印制線能發(fā)送和接受的電磁波頻率越低，它就能輻射出更多的射頻能量。(3)電壓的穩(wěn)定性高品質(zhì)的穩(wěn)定的工作電壓(或電流)是高速芯片(如dsp芯片)長久有效工作的基本保證。普通電源系統(tǒng)僅僅是在電源芯片上大做文章，采納高效率電源芯片，在要求不高的場合沒有引入電源監(jiān)控系統(tǒng)。而在以高速芯片為核心的高速電路板上，影響供電電

11、壓的因素繁多，既有器件上的緣由，也有設(shè)計計劃上的弊病;這些因素極大的轉(zhuǎn)變了到達芯片的真切電壓，無法使芯片工作在額定的電壓，在條件惡劣的狀況下甚至難以保證電壓的穩(wěn)定供電。因此，在高速芯片電路板設(shè)計中，要求引入電壓監(jiān)控體系，通過實時監(jiān)控電壓變幻并舉行調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對高速芯片的高品質(zhì)電壓供電。在這方面，ti公司的tps33xx系列芯片以其獨特的設(shè)計品質(zhì)在同行中得到廣泛認同。tps3305、tps3306能夠同時監(jiān)控2路電壓，并具有溫度補償調(diào)節(jié)功能，而tps3307性能更高，不但同時可監(jiān)控2路電壓，還能自適應(yīng)的調(diào)節(jié)第三路被監(jiān)控電壓，芯片工作性能穩(wěn)定，而且3通道技術(shù)使其用法效率十分高。(4)高功率和故障容錯度的并聯(lián)技術(shù)電源結(jié)構(gòu)經(jīng)常用多個電源或多個電源變換器來增強輸出功率，或提供故障容錯度