大電流低壓降穩(wěn)壓器TPS759xx在雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：TPS759xx是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的大電流低壓降穩(wěn)壓器系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品可廣泛用于計(jì)算機(jī)、大型平板顯示模塊電源及帶有嵌入式DSP、MPU、MCU和PLD產(chǎn)品的系統(tǒng)電源中。文中介紹了TPS759xx的特性、功能及TPS759xx在某雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用，并且給出了設(shè)計(jì)方案和應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：LDO TPS759xx 信號(hào)處理系統(tǒng)
德州儀器（TI）公司推出的三個(gè)新型大電流低壓降穩(wěn)壓器（LDO）系列產(chǎn)品分別是：輸出電流為7.5A的TPS759xx；輸出電流為5A的TPS755xx和輸出電流為3A的TPS757xx。這些產(chǎn)品均采用TI專有的BiCMOS制造工藝技術(shù)，可獲得極低的電壓降。該系列器件可應(yīng)用在那些對(duì)電壓有特殊要求的場(chǎng)合，如要求從3.3V電源中得到2.5V穩(wěn)壓輸出且滿負(fù)載時(shí)高達(dá)7.5A的應(yīng)用。該LED系列器件的典型應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)電源、大型平板顯示模塊，以及具有嵌入式數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、微處理器（MPU）、微控制器（MCU）和可編程邏輯器件（PLD）的設(shè)備電源。

1 TPS759xx的特性和引腳功能
1．1 主要特性
TPS759xx系列低壓降穩(wěn)壓器的主要特性如下：
·輸出電流為7.5A的低壓降穩(wěn)壓器；
·具有1.5V、1.8V、2.5V、3.3V固定輸出電壓和1.22～5V的可調(diào)輸出電壓；
·具有開(kāi)漏電源就緒（power-good）狀態(tài)輸出信號(hào)（只用于固定輸出）；
·當(dāng)電流為7.5A時(shí)，典型壓降為400mV（TPS75933）；
·靜態(tài)電流很低（典型值為125μA）；
·具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)；
·固定輸出電壓的精為±3%；
·采用5引腳TO-220和TO-263封裝；
·具有熱關(guān)斷保護(hù)功能。

1．2 引腳功能
TPS759xx穩(wěn)壓器各個(gè)引腳的具體功能如下：
EN：使能引腳，用于控制器件的使能或關(guān)閉。當(dāng)EN為高電平時(shí)，器件禁止；為低電平時(shí)，器件使能。
PG：低電平有效，用于顯示輸出電壓Vout的狀態(tài)。當(dāng)輸出電壓Vout達(dá)到規(guī)定電壓的91%時(shí)，PG變?yōu)榈妥杩範(fàn)顟B(tài)；當(dāng)Vout低于規(guī)定輸出輸出的91%時(shí)（例如在超負(fù)載狀態(tài)下），PG為高阻態(tài)。PG端在開(kāi)漏輸出時(shí)應(yīng)接一上拉電阻器。
FB：輸出電壓可調(diào)時(shí)，F(xiàn)B是電壓反饋輸入引腳。必須與輸出端直接相連，以獲得1.22V的輸出電壓，也可通過(guò)外部反饋電阻分壓器來(lái)獲得其他輸出電壓。FB端的布線要盡可能的短，以降低噪聲。在FB端和Vout之間一般不加RC網(wǎng)絡(luò)來(lái)濾掉噪聲，因?yàn)檫@樣會(huì)引起調(diào)節(jié)器振蕩。
IN：輸入引腳。
OUTPUT：輸出引腳。
2 TPS759xx的工作原理
當(dāng)輸出為3.3V，7.5A、5A和3A的LDO系列穩(wěn)壓器的典型電壓降分別為400mV、250mV和150mV。因此，這些穩(wěn)壓器可以輕而易舉地從3.3V電源中獲得2.5V輸出。實(shí)際上，基于處理器的系統(tǒng)也越來(lái)越要求穩(wěn)壓器具有這種能力。表1給出了TPS759xx系列芯片的電壓輸出值。其中的TO-220和TO-263為封裝形式。圖1所示是TPS759xx采用固定電壓輸出的外圍電路圖。TPS759xx系列芯片的開(kāi)漏電源就緒（Power Good）輸出信號(hào)不但可減少元件數(shù)目、降低成本和節(jié)省電路板空間，而且對(duì)于那些需要從兩個(gè)電壓中獲得上電順序的應(yīng)用也非常有用。通過(guò)指示穩(wěn)壓器的輸出電壓何時(shí)達(dá)到特定的范圍，Power Good信號(hào)可激活組合電源中第二個(gè)電源的輸出，借助該方法，兩個(gè)獨(dú)立電壓可在Power Good的控制下有條不紊地開(kāi)啟。另外，TPS759xx系列LDO還可快速響應(yīng)線性電壓（line voltage）和負(fù)載電流的瞬態(tài)變化，具體的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間取決于特定的電路。在某些應(yīng)用中，通常要求DSP、MPU、MCU和PLD必須迅速?gòu)氖‰姷乃呋虼龣C(jī)狀態(tài)進(jìn)入全工作模式。該系列LDO的瞬態(tài)響應(yīng)如此之快，足以滿足上述應(yīng)用的需要。此外，為了節(jié)約系統(tǒng)功耗，這三個(gè)LDO系列的所有成員都具有125μA的滿負(fù)載靜態(tài)電流。而當(dāng)穩(wěn)壓器截止時(shí)，靜態(tài)電流可降至1μA以下。
3 TPS75925在信號(hào)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1 系統(tǒng)供電電路
本信號(hào)處理系統(tǒng)采用ADI公司的ADSP TS101s芯片構(gòu)成多片仿真雷達(dá)接收信號(hào)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由六個(gè)DSP、一個(gè)CPLD（Altera公司的EP1K30）、一個(gè)TPS75925、六個(gè)REG1117A_1.2組成。在以往使用MAX1951的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多方面的設(shè)計(jì)考慮，本系統(tǒng)采用LDO器件TPS759xx系列芯片中的TPS75925來(lái)進(jìn)行電源設(shè)計(jì)。從表1可以看出，在TPS759xx系列中，TPS75925可以輸出2.5V的固定電壓。系統(tǒng)中的DSPADSP TS101s在溫度為25℃，時(shí)鐘CCLK為250MHz時(shí)，其典型情況下的VDD（1.25V）供電電流典型值為1.2A，而VDD-IO的供電電流小于137mA。實(shí)際六個(gè)DSP的供電電流小于7.5A，因此，選用TPS75925這樣的大電流低壓降穩(wěn)壓器是較理想的。

表1 TPS759xx各芯片的電壓輸出值

系統(tǒng)中的TigerShare DSP有三個(gè)電源，其中數(shù)字3.3V（VDD-IO）為I/O供電；數(shù)字1.2V(VDD)為DSP內(nèi)核供電；模擬1.2V(VDD-A)為內(nèi)部鎖相環(huán)和倍頻電路供電。主機(jī)送來(lái)的+3.3V電壓經(jīng)過(guò)TPS75925可得到2.5V電壓。各種DSP的數(shù)字1.2V（VDD）電源則可各用一個(gè)REG1117A_1.2將+2.5V轉(zhuǎn)換成1.2V。六個(gè)DSP內(nèi)部模塊的1.2V(VDD)電壓則可由同一DSP芯片的VDD（+1.2V）經(jīng)濾波后提供。六個(gè)DSP上I/O口的3.3V電源則可直接由主機(jī)送來(lái)的+3.3V統(tǒng)一供給，同時(shí)也為CPLD的VCC_IO提供+3.3V電壓。其中CPLD的Vcc_INT+(2.5V)直接由TPS75925的+2.5V輸出進(jìn)行濾波來(lái)獲得。系統(tǒng)的供電框圖如圖2所示，圖3所示是單片DSP的具體供電電路。
3．2 上電順序
TPS75925采用的是TO-220封裝。建議在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，給TRS75925加上散熱片，電源線要盡量粗。在TPS75925的前后應(yīng)加上濾波網(wǎng)絡(luò)，保證得到比較合適的電壓。

系統(tǒng)中的EP1K30產(chǎn)生上電復(fù)位波形和時(shí)序控制。由于EP1K30需要一個(gè)配置芯片，而且它和DSP存在一個(gè)上電先后的問(wèn)題。也就是說(shuō)，在上電后，如果CPLD芯片完成配置文件的讀入時(shí)，DSP仍未上電穩(wěn)定，則應(yīng)充分延長(zhǎng)Tstart_IO的低電平時(shí)間，以避免DSP上電未穩(wěn)定而CPLD上電波形已結(jié)束。因此，應(yīng)保證DSP上電穩(wěn)定先于CPLD芯片配置文件的讀入，此問(wèn)題在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分重視，否則DSP將無(wú)法正常工作。TigerShare DSP要求數(shù)字3.3V和1.2V應(yīng)同時(shí)上電，I/O電源3.3V后上電。本系統(tǒng)在數(shù)字3.3V輸入端并聯(lián)了一個(gè)大電容，而在數(shù)字1.2V輸入端并聯(lián)了一個(gè)小電容，其目的就是為了保證3.3V充電時(shí)間大于1.2V充電時(shí)間，以便很好地解決電源供電先后問(wèn)題。
4 結(jié)束語(yǔ)
開(kāi)發(fā)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，電源設(shè)計(jì)起著重要的作用。電路的選擇更為重要，而選擇一個(gè)性價(jià)比高、散熱好、節(jié)省資源的電路是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文在應(yīng)用實(shí)踐的基礎(chǔ)上給出了雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，經(jīng)過(guò)實(shí)際工作測(cè)試，證明其性能是穩(wěn)定的。