讨论DSP系统中延迟电池寿命关键

1、讨论dsp系统中延迟电池寿命关键长久以来，mp3播放器、个人媒体播放器、数码相机以及其他便携式消费类应用的设计人员濒临的一项挑战是实现产品的高性能和低功耗。这些电池供电系统通常都用法数字信号处理器()，当系统处理多媒体应用任务时，dsp能达到最大处理能力，而当系统处于睡眠模式时，dsp具有最小的功耗。电池寿命在手持式产品中是十分重要的指标，产品胜利与否与供电系统的效率挺直相关。此类系统中的一个关键部件是降压式dc-dc开关稳压器，它能够高效地从较高获得较低的供电电压，如从4.5 v获得1v的供电电压。作为稳压器，其必需保持恒定的电压，而且能够对输入电压的变幻以及负载的变幻快速做出响应。本文将研

2、究的架构具有优良的稳压性能以及高效率和迅速响应的优点。开关稳压器剖析图1示出了公司adp2102的典型应用，这是一款低占空比、3 mhz同步整流降压转换器。adp2102具有固定输出电压和可调输出电压的多种配置。这里将adp2102衔接成固定输出电压配置，由5.5 v的输入电压产生300ma、0.8 v输出电压。接下来给出输出电压可调的应用示例。图1.用法adp2102由5.5 v输入产生0.8 v输出这里将容易地说明该电路的工作原理：将dc输出电压的分压与误差中的内部参考源比较，然后将误差放大器的输出与电流采样放大器的输出比较，以驱动单稳态触发器。单稳态触发器在由vout/vin确定的时光周

3、期内处于暂稳态。单稳态触发器使上面的门控晶体管导通，l1中的电流逐渐变大。当单稳态触发器的暂稳态结束时，晶体管截止，电感l1中的电流逐渐变小。在由最小关断时光定时器和最小(“谷值”)电流确定的时光间隔之后，单稳态触发器再次被触发。芯片内的单稳态触发定时器用法输入电压前馈，使得稳态时保持恒定的频率。该振荡以不确定的频率(大约为3mhz)持续举行，但是在须要的状况下可以响应线路和负载的瞬态变幻而偏离该频率，以便输出电压保持恒定，并且使电感电流的平均值保持在输出负载所需要的电流值。上文描述的办法是相对新颖的。多年来，dc-dc变换的主要办法是恒频峰值电流办法，当该办法在降压式dc-dc转换器中实现时

4、，其还被称为后沿调制。有关该办法的具体描述、对其优缺点的评估以及上文描述的恒定导通时光谷值电流模式转换器，请参考其他技术文章。adp2012还具有欠压闭锁功能、软启动功能、过热庇护功能和短路庇护功能，并且具有1%的反馈精度。该架构能够使主开关的导通时光低至60 ns或更低。图2示出了不同条件下的典型波形。图2a示出了在iload=600ma，电压从vin=5.5v减小到vout=0.8v时的低占空比。中所示，在3mhz的开关频率下，可以获得45 ns的最小导通时光。图2b示出了负载电流突增300ma时，负载电流和电感电流波形。图2c示出了负载电流突减300ma时，负载电流和电感电流波形。图2d

5、示出了在占空比为50%时不存在次谐波振荡，而用法峰值电流模式控制时必需在设计时加以考虑。当占空比大于或小于50%时，同样不存在次谐波振荡。图2a. vin = 5.5 v，vout = 0.8 v，最小导通时光=45 ns图2b.突加负载瞬态响应(iload = 300 ma)图2c.突减负载瞬态响应(iload = 300 ma)图2d.占空比= 50%，vin = 3.3 v，vout = 1.8 v，iload = 300 madsp应用中的动态电压调整在用法dsp的便携式应用中，通常由开关转换器提供dsp的内核电压和i/o电压，这需要用法电池供电应用的高效率dc-dc转换器。提供内核电

6、压的稳压器必需能够基于处理器的时钟速度动态转变电压或者根据软件的命令动态转变电压。另外，整体解决计划的小尺寸也同样重要。这里描述的是，在电池供电的应用中将blackfin处理器的内部稳压器更换为外部高效率稳压器，以提高系统供电效率。而且，这里还介绍了用于外部稳压器的控制软件。动态处理器的功耗与工作电压(vcore)的平方成正比，并且与工作频率(fsw)成正比。因此，降低频率能够使动态功耗线性下降，而降低内核电压可以使动态功耗指数下降。在对功耗敏感的应用中，当dsp仅容易地监视系统活动或者等待外部触发信号时，在保持供电电压不变的状况下转变时钟频率，这对降低功耗是十分实用的。然而，在高性能电池供电

7、的应用中，仅转变频率并不能显著节省电能。blackfin处理器以及其他的具有高级电源管理功能的dsp可以依次转变内核电压和频率，由此可以在任何状况下均实现最优的电池利用。adsp-bf53x系列blackfin处理器中的动态电压的稳压通常是由内部电压控制器和外部实现的。该办法的优点在于，可以将单电压(vddext)施加到dsp子系统，从mosfet得到的所需的内核电压(vddint)。通过内部寄存器可以软件控制内核电压，以便于控制，并且终于控制能耗，由此实现最优的电池寿命。为了完整地实现blackfin内部稳压计划，需要一个外部mosfet、肖特基、大电感和多个输出器，该解决计划价格相对昂贵，

8、效率却很差，而且占用的板面积是相对较大的，这给系统设计人员带来了很大的冲突，在集成稳压器中需要用法大电感和，不利于消费者所希翼的便携式设备尽可能小型化。该集成稳压控制器的效率是相对较低，通常仅为50%70%，因此该办法不太适用于高性能手持式电池供电应用。外部稳压通过新型dc-dc开关转换器设计办法，可以将blackfin集成办法本身的效率提高到90%或更高。而且，在用法外部稳压器时可以减小外部元件的尺寸。还可以用法多种动态电压调节(dvs)控制计划，包括开关器(其在某些状况中可由实现)和脉宽调制()(其可以实现与内部办法相同的精度)。不论用法哪种计划，其必需能够通过软件控制转变稳压电平。上述稳

9、压控制办法在内部稳压器是集成的，而在外部稳压中必需通过外加器件来实现。本文描述了两种用法adp2102同步dc-dc转换器调整dsp内核电压的办法，当处理器在低时钟速度下运行时，可动态地将内核电压从1.2 v调整到1.0v.adp2102高速同步开关转换器在由2.7v5.5v的电池电压供电时，可以使内核电压低到0.8 v.其恒定导通时光的电流模式控制以及3mhz开关频率提供了优良的动态响应、十分高的效率和精彩的源调节率和负载调节率。较高的开关频率允许系统用法超小型多层电感和陶瓷电容器。adp2102采纳3 mm3 mm lfcsp封装，节省了空间，仅需要三或四个外部元件。而且adp2102包括

10、完美的功能，诸如各种平安特征，如欠压闭锁、短路庇护和过热庇护。图3示出了实现dvs的电路。adsp-bf533 ez-kit lite评估板上的3.3 v电源为降压转换器adp2102供电，用法外部电阻分压器r1和r2将adp2102的输出电压设定为1.2 v.dsp的gpio引脚用于挑选所需的内核电压。转变反馈电阻值可以在1.2 v1.0 v的范围内调整内核电压。通过与r2并联的电阻r3，n沟mosfet可以修改分压器。相比于r3，irlml2402的rdson较小，仅为0.25。3.3 v的gpio电压用于驱动mosfet的栅极。为了获得更好的瞬态性能并充实负载调节率，需要加入前馈电容器c

11、ff.图3.用法外部mosfet和blackfin pwm控制举行adp2102的动态电压调节对于双电平开关，普通的应用要求是：dsp内核电压(vout1)= 1.2 vdsp内核电压(vout2)= 1.0 v输入电压= 3.3 v输出电流= 300 ma用法高阻值的分压电阻可将功率损失降到最低。前馈电容在开关过程中降低栅漏电容的影响。通过用法较小的反馈电阻和较大的前馈电容可以使该暂态过程中引起的过冲或下冲最小，但这是以额外的功耗为代价的。图4示出了输出电流iout、输出电压vout和控制电压vsel.vsel为低电平常，输出电压为1.0 v，vsel为高电平常，输出电压为1.2 v.图4.通过mosfet调整下面的反馈电阻器一种较容易的办法可生成用于dvs的两个不同的电压，其用法控制电压vc通过另外的电阻将电流注入到反馈网络中。调整控制电压的占空比可以转变其平均dc电平。因此用法一个控制电压和电阻可以调整输出电压。下面的公式用于计算电阻r2、r3的值以及控制电压幅度电平vc_low和vc_high.(1)(2)对于vout1 = 1.2 v，vout2 = 1.0 v，vfb = 0.8 v，vc_low = 3.3 v，vc_high = 0 v，和r1= 49.9 kohm，r2 and r3可以如下计算(3)(4)该办法产生了越发平滑的变换。不同于mosfet开关