DSP原理與應(yīng)用DSP系統(tǒng)設(shè)計

會計學1DSP原理與應(yīng)用DSP系統(tǒng)設(shè)計DSP系統(tǒng)構(gòu)成第1頁/共56頁一個C6000DSP要能夠正常的運行程序完成簡單的任務(wù)，并能夠通過JTAG被調(diào)試，它的最小系統(tǒng)應(yīng)該包括C6000芯片、電源、時鐘源、復(fù)位電路、JTAG電路、程序ROM以及對芯片所做的設(shè)置。最小系統(tǒng)組成第2頁/共56頁DSP系統(tǒng)功能框圖DSP時鐘：CPU時鐘EMIF時鐘外設(shè)時鐘VcoreVI/O電源：電源供電電源監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視手動復(fù)位看門狗電路存儲器：異步存儲接口

SRAM、Flash、NvRAM……同步存儲器

同步靜態(tài)RAM：SBSRAM、ZBTSRAM

同步動態(tài)RAM：SDRAM

同步FIFO模擬I/O：通用A/D、D/A音頻Codec視頻Decoder、Encoder……數(shù)字I/O：開入／開出串行通信接口

UART（RS232、RS422/RS485）

CAN總線

USB……多處理器接口：雙口RAM（DPRAM）HPI接口PCI接口總線擴展存儲總線外設(shè)總線系統(tǒng)總線：復(fù)位、時鐘、中斷……DSP外部接口CLKCPUCLKEMIFCLKI/O數(shù)據(jù)地址控制片上外設(shè)RESET第3頁/共56頁電源DSP系統(tǒng)需要的電源種類數(shù)字電源和模擬電源電源濾波電源對PCB布局的影響供電方案及器件選型上電次序電源監(jiān)視與系統(tǒng)監(jiān)視電源電路實例第4頁/共56頁電源TIDSP上有5類典型電源引腳：CPU核電源引腳I/O電源引腳PLL電路電源引腳Flash編程電源引腳（僅C2000系列DSP有）模擬電路電源引腳（僅C2000系列DSP有）將DSP上的所有電源引腳連到各自的供電電源上TMS320?DSP核電源I/O電源模擬電源PLL電源Flash電源核地I/O地模擬地PLL地給TIDSP供電第5頁/共56頁電源數(shù)字和模擬部分獨立供電TMS320?DSP數(shù)字部分模擬部分外部模擬電路外部數(shù)字電路數(shù)字地模擬地模擬

電源數(shù)字

電源第6頁/共56頁電源從（有噪聲的）數(shù)字電源產(chǎn)生模擬電源被動去耦電路：簡單對大多數(shù)應(yīng)用已經(jīng)可以滿足要求數(shù)字電源模擬電源被動濾波電路數(shù)字地模擬地第7頁/共56頁電源從（有噪聲的）數(shù)字電源產(chǎn)生模擬電源多路穩(wěn)壓器提供更好的去耦效果必須注意：模擬地和數(shù)字地必須連在一起多路穩(wěn)壓器方法穩(wěn)壓器B穩(wěn)壓器A+V0V數(shù)字電源模擬電源來自整流器數(shù)字地模擬地第8頁/共56頁電源電源旁路濾波旁路電容起電荷池的作用，以減少電源上的噪聲旁路電容一般采用瓷片電容通常每個電源引腳加一個旁路電容，以平滑電源的波動旁路電容旁路電容第9頁/共56頁電源電源對PCB布局的影響（1）旁路電容大電容供電電源濾波電容反饋線穩(wěn)壓器第10頁/共56頁電源電源對PCB布局的影響（2）旁路電容大電容供電電源濾波電容數(shù)字地模擬地數(shù)字電源（沒有顯示）反饋線穩(wěn)壓器第11頁/共56頁電源DSP系統(tǒng)電源方案直流輸入線性穩(wěn)壓器開關(guān)電源控制器開關(guān)電源模塊優(yōu)點：簡單、成本低缺點：效率低優(yōu)點：大電流、高效率缺點：占地大優(yōu)點：高效率、方便缺點：成本高直流輸出直流輸出直流輸出5VVcoreVI/O第12頁/共56頁電源電源器件選型：步驟用哪種類型的電源器件輸入電壓輸出電壓輸出電壓是否可調(diào)輸出電壓的路數(shù)輸出電流控制／狀態(tài)：EN控制、PowerGood狀態(tài)第13頁/共56頁電源電源器件選型：常用器件（1）線性穩(wěn)壓器：雙路輸出

TPS767D318： 5V3.3V／1.8V1A／1AEN TPS767D301： 5V3.3V／可調(diào)1A／1AEN單路輸出

TPS76333： 5V3.3V150mAEN TPS7333： 5V3.3V500mAEN TPS76801： 5V可調(diào)1AENPG TPS76833： 5V3.3V1AENPG TPS75701： 5V可調(diào)3AENPG TPS75733： 5V3.3V3AENPG TPS75501： 5V可調(diào)5AENPG TPS75533： 5V3.3V5AENPG第14頁/共56頁電源電源器件選型：常用器件（2）開關(guān)電源控制器：雙路輸出

TPS56300： 5V1.3V～3.3V（可設(shè)置）取決于MOS管

TPS5602： 5V可調(diào)節(jié) 取決于MOS管單路輸出

TPS56100： 5V1.3～2.6V（可設(shè)置）取決于MOS管開關(guān)電源模塊：雙路輸出

PT6931： 5V3.3V／1.8V5.5A／1.75A PT6932： 5V3.3V／1.5V5.5A／1.45A第15頁/共56頁電源上電次序CPU內(nèi)核先于I/O上電，后于I/O掉電CPU內(nèi)核與I/O供電應(yīng)盡可能同時，二者時間相差不能太長（一般不能＞1s，否則會影響器件的壽命或損壞器件）。

為了保護DSP器件，應(yīng)在CPU內(nèi)核電源與I/O電源之間加一肖特基二極管

第16頁/共56頁電源電源監(jiān)視與系統(tǒng)監(jiān)視SVS：電源電壓監(jiān)視器件主要功能：監(jiān)測電源電壓，當不滿足要求時，產(chǎn)生復(fù)位信號輔助功能：上電復(fù)位、手動復(fù)位、看門狗電路常用的SVS器件：TPS3823-33,MAX706/MAX708：具有電壓監(jiān)測、上電復(fù)位、手動復(fù)位和看門狗電路TPS3809K33：僅有電壓監(jiān)測和上電復(fù)位功能第17頁/共56頁電源電源電路實例（1）第18頁/共56頁電源電源電路實例（2）第19頁/共56頁時鐘基礎(chǔ)知識系統(tǒng)中哪些器件需要時鐘器件的時鐘選項時鐘電路時鐘信號電氣指標時鐘電路選擇原則使用C6000系列DSP片內(nèi)PLL時鐘對PCB布局的影響第20頁/共56頁時鐘基礎(chǔ)知識（1）晶體Crystal

晶體諧振器的簡稱，是一種壓電石英晶體器件，具有一個固有的諧振頻率，在恰當?shù)募钭饔孟?，以其固有頻率振蕩。

振蕩電路Oscillator

為晶體提供激勵和檢測的電路

晶振CrystalOscillator

將晶體、振蕩器和負載電容集成在一起，其輸出直接為一方波時鐘信號。鎖相環(huán)電路PLL（Phase-LockedLoops） 用于對輸入時鐘信號進行分頻或倍頻的電路晶體振蕩電路第21頁/共56頁時鐘基礎(chǔ)知識（2）：PLLFVCO／P=FREF／QFOUT=FVCO／NFOUT=FREF×P／（Q×N）第22頁/共56頁時鐘哪些器件需要時鐘DSPCPU時鐘EMIF時鐘（僅C55x和C6000系列DSP）串行通信器件UARTUSB……音頻／視頻器件AudioCodec器件VideoDecoder和Encoder器件……第23頁/共56頁時鐘器件的時鐘選項大多數(shù)器件片內(nèi)均包含振蕩電路，只需外加晶體和2個負載電容即可產(chǎn)生所需的時鐘信號。也可禁止片內(nèi)振蕩電路，直接由外部提供時鐘信號TIDSP更提供多種靈活的時鐘選項：片內(nèi)／片外振蕩器片內(nèi)PLLPLL分頻／倍頻系數(shù)可由硬件／軟件配置不同的DSP時鐘可配置的能力可能不同，使用前應(yīng)參考各自的數(shù)據(jù)手冊第24頁/共56頁時鐘時鐘電路：晶體CLOAD=C1xC2C1+C2DSPC1C2Internal

Oscillator優(yōu)點：電路簡單：只需晶體＋2個電容價格便宜，占地小時鐘信號電平自然滿足要求缺點：驅(qū)動能力差，不同給其他器件使用頻率范圍?。?0KHz～60MHz注意：負載電容：配置正確的負載電容C6000、C5510等DSP無OSC晶體第25頁/共56頁時鐘時鐘電路：晶振晶振C1C2Oscillator優(yōu)點：電路簡單占地小頻率范圍寬：1Hz～400MHz驅(qū)動能力強：可提供多個器件使用缺點：成本較高頻率生產(chǎn)時已確定，多個獨立的時鐘需要多個晶振注意：使用時要注意時鐘信號電平，一般為5V或3.3V，要求1.8V電平的時鐘不能選用，如VC5401、VC5402、VC5409和F281x第26頁/共56頁時鐘時鐘電路：可編程時鐘芯片（1）第27頁/共56頁時鐘時鐘電路：可編程時鐘芯片（2）優(yōu)點：電路簡單、占地?。嚎删幊虝r鐘芯片＋晶體＋2個外部電容多個時鐘輸出，可產(chǎn)生特殊的頻率值，適合于多時鐘源的系統(tǒng)驅(qū)動能力強：可提供多個器件使用頻率范圍寬：最大可達200MHz缺點：成本較高，但對于多時鐘源系統(tǒng)來說，總體成本較低注意：時鐘信號電平一般為5V或3.3V常用器件：CY22381（3個獨立的PLL、3個時鐘輸出引腳）$1.4CY2071A（1個PLL、3個時鐘輸出引腳）第28頁/共56頁時鐘驅(qū)動芯片1.Cypress,IDT公司的23xx系列:2300,2304,2308,2309

2.零輸入-輸出時延

3.多路低偏移(low-skew)輸出

4.10MHz~133MHz操作范圍

5.低抖動(lowjitter)第29頁/共56頁時鐘時鐘信號電氣指標頻率信號電平時鐘上升時間和下降時間高／低電平脈沖寬度占空比驅(qū)動能力第30頁/共56頁時鐘時鐘電路選擇原則系統(tǒng)中要求多個不同頻率的時鐘信號時，首選可編程時鐘芯片單一時鐘信號時，選擇晶體時鐘電路多個同頻時鐘信號時，選擇晶振盡量使用DSP片內(nèi)的PLL，降低片外時鐘頻率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性C6000、C5510、C5409A、C5416、C5420、C5421和C5441等DSP片內(nèi)無振蕩電路，不能用晶體時鐘電路VC5401、VC5402、VC5409和F281x等DSP時鐘信號的電平為1.8V，建議采用晶體時鐘電路第31頁/共56頁時鐘使用C6000系列DSP片內(nèi)PLL（1）第32頁/共56頁時鐘使用C6000系列DSP片內(nèi)PLL（2）第33頁/共56頁時鐘時鐘對PCB布局的影響用被動元件濾波方式給時鐘電路供電，供電電源加10～100μF鉭電容旁路，每個電源引腳加0.01～0.1μF瓷片電容去耦晶振、負載電容、PLL濾波器等應(yīng)盡可能靠近時鐘器件在靠近時鐘源的地方串接10–50Ω端接電阻，以提高時鐘波形的質(zhì)量第34頁/共56頁JTAGMPSDDSPEMU0EMU1TRSTTMSTDITDOTCK仿真插頭EMU0EMU1TRSTTMSTDITDOTCKTCK_RETPDGNDVCCVCC6InchesJTAG仿真接口單片DSP仿真連接第35頁/共56頁VCCVCCDSPTMSTCKTRSTEMU1EMU0TDOTDIDSPTMSTCKTRSTEMU1EMU0TDOTDI仿真插頭EMU0EMU1TRSTTMSTDITDOTCKTCK_RETPDGNDJTAG仿真接口多片DSP仿真連接第36頁/共56頁1.244/2452.電子開關(guān)3.UART4.USB5.PCI6.可編程邏輯器件周邊器件第37頁/共56頁244/245邏輯圖第38頁/共56頁作用：驅(qū)動、總線隔離、總線隔離器、芯片保護、電平轉(zhuǎn)換244/245的作用第39頁/共56頁244/245的作用第40頁/共56頁244/245的作用第41頁/共56頁電平變換為什么需要電平變換DSP系統(tǒng)中難免存在5V/3.3V混合供電現(xiàn)象I/O為3.3V供電的DSP，其輸入信號電平不允許超過電源電壓3.3V5V器件輸出信號高電平可達4.4V長時間超常工作會損壞DSP器件輸出信號電平一般無需變換電平變換的方法：總線收發(fā)器（BusTransceiver）：常用器件：SN74LVTH245A（8位）、SN74LVTH16245A（16位）特點：3.3V供電，需進行方向控制，延遲：3.5ns，驅(qū)動：-32/64mA，輸入容限：5V應(yīng)用：數(shù)據(jù)、地址和控制總線的驅(qū)動總線開關(guān)（BusSwitch）

常用器件：SN74CBTD3384（10位）、SN74CBTD16210（20位）特點：5V供電，無需方向控制，延遲：0.25ns，驅(qū)動能力不增加應(yīng)用：適用于信號方向靈活、且負載單一的應(yīng)用，如McBSP等外設(shè)信號的電平變換2選1切換器（1of2Multiplexer）常用器件：SN74CBT3257（4位）、SN74CBT16292（12位）特點：實現(xiàn)2選1，5V供電，無需方向控制，延遲：0.25ns，驅(qū)動能力不增加應(yīng)用：適用于多路切換信號、且要進行電平變換的應(yīng)用，如雙路復(fù)用的McBSPCPLD3.3V供電，但輸入容限為5V，并且延遲較大：＞7ns，適用于少量的對延遲要求不高的輸入信號電阻分壓10KΩ和20KΩ串聯(lián)分壓，5V×20÷（10＋20）≈3.3V第42頁/共56頁244/245的作用第43頁/共56頁按總線寬度分：8位244/245，16位16244/16245，32位32244/32245按制作工藝分：ALVC,LV,LVC,LVT,ALB,CBT等等，不同的工藝帶來不同的特性，造成速度、驅(qū)動能力、功耗性能的差異、有的還考慮了信號完整性以及電平兼容性。244/245分類第44頁/共56頁作用：多路復(fù)用、總線切換參數(shù)：開關(guān)電阻值，pin-pin時延，開關(guān)切換時間電子開關(guān)第45頁/共56頁UARTDSP系統(tǒng)中實現(xiàn)UART功能C2000系列DSP片內(nèi)已集成有UART功能用McBSP模擬實現(xiàn)UART功能外部擴展UART器件通過SPI總線擴展：MAX3100（Maxim公司）通過8位異步存儲器接口擴展PCUART：包含Modem信號 單通道：TL16C750FN（TI公司） 雙通道：TL16C752BPT（TI公司） 四通道：TL16C754BFN（TI公司）工業(yè)UART：無Modem信號 單通道：SC28L91（Philips公司） 雙通道：SC28L92（Philips公司） 四通道：SC28L194（Philips公司） 八通道：SC28L198（Philips公司）第46頁/共56頁串口轉(zhuǎn)換芯片MAX3111E第47頁/共56頁片內(nèi)集成了RS232

Transceiver和UART片內(nèi)集成了電壓泵SPI/QSPI/MICROWIRE接口兼容串口轉(zhuǎn)換芯片MAX3111E第48頁/共56頁USBDSP系統(tǒng)中實現(xiàn)USB功能C5509DSP片內(nèi)集成有USB1.1功能外部擴展USB器件USB器件按傳輸速率分為：低速：1.5Mbps全速：12Mbps（USB1.1）高速：480Mbps（USB2.0）USB接口組成：USB發(fā)生器：實現(xiàn)USB的電氣連接（物理層）USB串行接口引擎SIE：實現(xiàn)USB底層通信協(xié)議（鏈路層）微處理器：編程實現(xiàn)各種應(yīng)用（應(yīng)用層）新設(shè)計的DSP系統(tǒng)一般選用USB2.0Cypress公司是全球最大的USB接口器件的供應(yīng)商，其產(chǎn)品系列最全，開發(fā)最方便Cypress公司USB2.0器件按實現(xiàn)的功能可分為USB收發(fā)器：鏈路層和應(yīng)用層全由與之配合的處理器實現(xiàn)

CY7C68000USB智能引擎：USB收發(fā)器＋SIE，與之配合的處理器只需實現(xiàn)應(yīng)用層

CY7C68001USB控制器：USB收發(fā)器＋SIE＋MCU，與之配合的處理器只需與MCU進行數(shù)據(jù)交換

CY7C68013DSP系統(tǒng)中一般選用USB智能引擎或USB控制器第49頁/共56頁USBDSP與CY7C68001接口CY7C68001為智能USB外設(shè)，包含F(xiàn)IFO接口，用于緩存USB端點數(shù)據(jù)流命令接口，配置、查詢USB狀態(tài)通過DSP的異步存儲器接口實現(xiàn)第50頁/共56頁USBDSP與CY7C68001接口USB連接器FD[15:0]FA[2:0]SLCS#SLRD#SLOE#SLWR#PKTENDIFCLKINT#FLAGAFLAGBFLAGCREADYD[15:0]A[n:0]CEx#ARE#AOE#AWE#INTx#D-D+D+D-GND+5VDSPCY7C68001“1”“1”CPLD第51頁/共56頁PCIDSP系統(tǒng)中實現(xiàn)PCI功能C6411／C6415／C6416和C6205DSP片上已集成PCI接口外部擴展PCI橋接器件PCI橋接器件的組成：PCI總線：直接與PCI總線接口。不同的PCI橋接器件PCI總線部分基本相同局部總線：與處理器或外圍器件接口。不同的PCI橋接器件局部總線部分各不相同PCI2