討論DSP系統中延遲電池壽命關(guān)鍵--DC/DC穩壓器

　　動(dòng)態(tài)電源管理

　　處理器的功耗與工作電壓(VCORE)的平方成正比，并且與工作頻率(FSW)成正比。因此，降低頻率能夠使動(dòng)態(tài)功耗線(xiàn)性下降，而降低內核電壓可以使動(dòng)態(tài)功耗指數下降。

　　在對功耗敏感的應用中，當DSP僅簡(jiǎn)單地監視系統活動(dòng)或者等待外部觸發(fā)信號時(shí)，在保持供電電壓不變的情況下改變時(shí)鐘頻率，這對降低功耗是非常有用的。然而，在高性能電池供電的應用中，僅改變頻率并不能顯著(zhù)節約電能。Blackfin處理器以及其他的具有高級電源管理功能的DSP可以依次改變內核電壓和頻率，由此可以在任何情況下均實(shí)現最優(yōu)的電池利用。

　　ADSP-BF53x系列Blackfin處理器中的動(dòng)態(tài)電壓的穩壓通常是由內部電壓控制器和外部MOSFET實(shí)現的。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以將單電壓(VDDEXT)施加到DSP子系統，從MOSFET得到的所需的內核電壓(VDDINT)。通過(guò)內部寄存器可以軟件控制內核電壓，以便于控制MIPS，并且最終控制能耗，由此實(shí)現最優(yōu)的電池壽命。

　　為了完整地實(shí)現Blackfin內部穩壓方案，需要一個(gè)外部MOSFET、肖特基二極管、大電感和多個(gè)輸出電容器，該解決方案價(jià)格相對昂貴，效率卻很差，而且占用的PCB板面積是相對較大的，這給系統設計人員帶來(lái)了很大的矛盾，在集成穩壓器中需要使用大電感和電容器，不利于消費者所希望的便攜式設備盡可能小型化。該集成穩壓控制器的效率是相對較低，通常僅為50%~70%，因此該方法不太適用于高性能手持式電池供電應用。

　　外部穩壓

　　通過(guò)新型DC-DC開(kāi)關(guān)轉換器設計方法，可以將Blackfin集成方法本身的效率提高到90%或更高。而且，在使用外部穩壓器時(shí)可以減小外部元件的尺寸。

　　還可以使用多種動(dòng)態(tài)電壓調整(DVS)控制方案，包括開(kāi)關(guān)電阻器(其在某些情況中可由DAC實(shí)現)和脈寬調制(PWM)(其可以實(shí)現與內部方法相同的精度)。不論使用哪種方案，其必須能夠通過(guò)軟件控制改變穩壓電平。上述穩壓控制方法在內部穩壓器是集成的，而在外部穩壓中必須通過(guò)外加器件來(lái)實(shí)現。

　　本文描述了兩種使用ADP2102同步DC-DC轉換器調節DSP內核電壓的方法，當處理器在低時(shí)鐘速度下運行時(shí)，可動(dòng)態(tài)地將內核電壓從1.2 V調節到1.0V.

　　ADP2102高速同步開(kāi)關(guān)轉換器在由2.7V~5.5V的電池電壓供電時(shí)，可以使內核電壓低到0.8 V.其恒定導通時(shí)間的電流模式控制以及3MHz開(kāi)關(guān)頻率提供了優(yōu)良的動(dòng)態(tài)響應、非常高的效率和出色的源調整率和負載調整率。較高的開(kāi)關(guān)頻率允許系統使用超小型多層電感和陶瓷電容器。ADP2102采用3 mm×3 mm LFCSP封裝，節約了空間，僅需要三或四個(gè)外部元件。而且ADP2102包括完善的功能，諸如各種安全特征，如欠壓閉鎖、短路保護和過(guò)熱保護。

　　圖3示出了實(shí)現DVS的電路。ADSP-BF533 EZ-KIT Lite評估板上的3.3 V電源為降壓轉換器ADP2102供電，使用外部電阻分壓器R1和R2將ADP2102的輸出電壓設定為1.2 V.DSP的GPIO引腳用于選擇所需的內核電壓。改變反饋電阻值可以在1.2 V~1.0 V的范圍內調節內核電壓。通過(guò)與R2并聯(lián)的電阻R3，N溝MOSFET可以修改分壓器。相比于R3，IRLML2402的RDSon較小，僅為0.25Ω。3.3 V的GPIO電壓用于驅動(dòng)MOSFET的柵極。為了獲得更好的瞬態(tài)性能并改善負載調整率，需要加入前饋電容器CFF.

　　圖3.使用外部MOSFET和Blackfin PWM控制進(jìn)行ADP2102的動(dòng)態(tài)電壓調整

　　對于雙電平開(kāi)關(guān)，一般的應用要求是：

　　DSP內核電壓(VOUT1)= 1.2 V

　　DSP內核電壓(VOUT2)= 1.0 V

　　輸入電壓= 3.3 V

　　輸出電流= 300 mA

　　使用高阻值的分壓電阻可將功率損失降到最低。前饋電容在開(kāi)關(guān)過(guò)程中降低柵漏電容的影響。通過(guò)使用較小的反饋電阻和較大的前饋電容可以使該暫態(tài)過(guò)程中引起的過(guò)沖或下沖最小，但這是以額外的功耗為代價(jià)的。

　　圖4示出了輸出電流IOUT、輸出電壓VOUT和控制電壓VSEL.VSEL為低電平時(shí)，輸出電壓為1.0 V，VSEL為高電平時(shí)，輸出電壓為1.2 V.

　　圖4.通過(guò)MOSFET調節下面的反饋電阻器