本帖最后由 fengye5340 于 2013-9-25 21:32 编辑
一款自制XDS510仿真器电源供电方案设计
【方案介绍】
在进行德州仪器的DSP程序开发时，有三样东西不可或缺，这就是一硬件开发平台（DSK或自制开发板），二CCS(Code Composer Studio), 三仿真器了。开发平台可以自制，因为DSK价格死贵；CCS可以破解，因为正版的CCS价格不菲；仿真器可以DIY，因为XDS510和XDS560价格更贵，正规代理的XDS510价格在1千元到2千元之间，XDS560从几千到1万多不等，这个对于平民人士有些忘而却步。 因为XDS560功能全面，结构复杂，DIY难度较大，所以DIYXDS510是一个比较理性的选择。早期的XDS510采用CY7C68013A+SN74ACT8990+CPLD架构设计，电源管理芯片采用了一片TPS77533，这个版本的仿真器目前网络售价在几百元左右，缺点就是性能不太稳定，为了不让它影响开发程序时的心情，还是选择一个更理想的方案较好。这个方案就是采用DSPV+CPLD的方案。该方案中选用了德州仪器TMS320VC5409 DSP和一个赛普拉斯的CY7C37064 CPLD组合。 下面描述一下该XDS510仿真器的电源设计方案：因为TMS320VC5409属于C5000系列产品，采用双电源供电，对上电时序是有要求的，这里采用了一款双LDO芯片TPS70202PWP。这个芯片也是TI专用于DSP系统中需要双电源供电的一个电源方案。 它的主要特点如下： 1、 提供输出电压可调的双路输出；
2、 输出1的最大供电电流为500mA ,输出2的最大输出电流为250mA,
3、 电压差大小与输出电流成正比，在最大输出电流时电压差仅为170mV；
4、 静态工作电流（190μA），而待机工作时的电流仅为1μA；
5、 具有完善的电源电压检测功能；
6、 可为两路输出电压的上电、断电时序提供完善的控制；
7、 每一路都有一个使能端输入，低电平有效；
8、 每一路都有一个PG输出信号，为开漏形式，当输出电压达到设定值的95%以上时输出高电平；
9、 具有一个复位输出端，低电平有效复位，延时时间为200Ms;
10、具有一个手动复位端，低电平有效；
11、每一路都有一个输出电压取样的反馈输入端，外加输出电阻分压，以控制输出电压大小；
12、20引脚的HTSSOP PowerPAD封装形式可保证良好的功耗特性；
13、工作温度范围为-40℃-125℃，且每路调整器都有温度自动关闭保护功能。
它的各引脚功能如下：
下面是电路原理图和PCB截图,
PCB截图： 采用4层板设计，不算开板费用，总成本在220元左右，对于高高在上的DSP价格来说，这个已经算便宜了。其中DSP+CPLD+电源部分占了90%的成本，电源部分25元左右，TPS70202PWP大约18元。在没有TI WEBENCH平台的年代，选择TI电源芯片主要是德州仪器官网上的解决方案及每年更新一次的《电源产品选型指南》，呵呵，现在有了TI WEBENCH设计平台，相信以后选择电源管理芯片会容易许多。TI WEBENCH的好处在于根据不同的需求，会产生不同的电源解决方案，下面是利用WEBENCH工具设计的XDS510的电源解决方案。 【TI WEBENCH方案设计】
步骤一 开启设计
首先点击工具图标左下角的红色字体【多负载】，进行网络工具的连接：
系统会加载FLASH界面，几分钟后，出现下图：
说明：因为WEBENCH平台里面没有增加TMS320VC5409型号，这里我们采用多负载选项来进行设计。
步骤二 参数设置
这个环节非常重要，也是我们设计电源方案的关键一步。因为XDS510采用5V供电，这里Vin=Vmax=5V。工作温度默认30℃就可以。这里负载有两个，一个是3.3V电源，一个是1.8V电源，系统默认提供一个负载3.3V , 为此还需要增加一个1.8V的负载。3.3V的电源为TMS320VC5409 IO供电、CPLD和其它器件供电，这里输出电流设置为：300Ma, 当然，这个值是最大值，实际电流消耗没有那么多，为了保留余量，必须设置大一些，就像大马可以拉小车，小马不能拉大车一样。为了保证电源稳步输出，防止大的浪涌损坏器件，在3.3V和1.8V电源这一项里面，选择软启动方式，软启动时间设定50ms。。1.8V为内核供电，考虑到DSP负责实时运算，耗电也不少，把输出电流设置200Ma, 这样，两个电源的电流之和理论上达到USB的最大供电能力了。配置好的界面如下图：
点击绿色按钮【提交项目需求】，进入下个环节；
步骤三 优化方案
进入这个环节后，系统已经为我们推荐好了芯片方案，默认模式优化按钮位于中间选项，这里还是选择低成本方案，呵呵。截图如下面：
继续点击【检视项目】进入下一个环节；
步骤四 参数检测、编辑修改
在这个环节里面，可以对电源芯片进行更换，甚至重新加载负载等。在这里，可以看到系统推荐了LM3674芯片方案。一个是LM3674-ADJ，一个是LM3674-1.8; 通过查看数据手册，发现这个芯片是SOT23封装，只有三个引脚，功能简单，为了保证内核上电要求，在替代电路里面，将LM3674-ADJ换成了TPS54229。这个是一个10引脚封装带(EN)的电源芯片，可以通过逻辑开关，保证两者的上电。截图如下：
以前没有找到创建工程按钮，偶然的机会终于发现了。以前都是直接点击上面的【电源】选项的。替换好芯片后，点击绿色按钮【Create Project】，进入下个环节了。
步骤五 生成方案、报告、原理图
这个界面是生成方案的最后界面，里面有BOM表，图表，优化选项，热仿真，原理图和设计报告等。点击方案界面的【EXPORT】按钮，可以导出原理图，这里选择常用的AD格式，点击【Design Document】按钮，可以导出完整的设计报告。如下图：
打开设计报告后，可以得到方案的详细信息。后面再详细介绍。
下面是两个原理图的截图和效率图表： 3.3V电源方案—TPS54229
1.8V的电源方案—LM3674-1.8
【方案比较】
得到采用WEBNCH设计的方案后，和我们用原来的设计方案进行一下详细对比
原始方案和WEBENCH设计方案比较
参数
|
XDS510仿真器实际设计方案 | WEBENCH设计方案
| 设计时间
| 几天（官网芯片选型）
| 10分钟
| 方案整体BOM成本
| 约25元人民币
| 12.033(1.91美元)
| 方案整体效率
| 实际工作时：（进行硬件程序仿真工作）
3.3V输出电流：约180Ma,1.8V输出电流约 60-80MA。效率计算后约为：62.3%
| 根据设计报告：取3.3v输出180Ma,1.8V 输出60Ma进行计算：大约45%-47%之间；
取1.8V输出80Ma进行计算：效率可在90%以上。主要是LM3674在80mA以下输出时，效率极低，大于80mA以上，上升到90%以上。
| 方案整体面积
| 600mm2—700mm2
| 265mm2
| BOM
| 26个元件
| 16个元件
| 电源芯片个数
| 1个
| 2个
|
经过图表所列数据，可以得到下面的一些结论：
在设计时间方面，利用WEBENCH工具进行设计，大约只要用10分钟左右的时间，而
实际方案在设计时，需要上官网下载电源选型，找到资料，然后进行画图，浪费时间较多；
在方案整体效率方面：利用WEBENCH工具设计的芯片方案中，都给出了系统的效率图表，可以有直观的参考，选择合适的型号进行设计，一般开关电源类效率较高，此处设计的方案在核电压输出80mA以下时，效率非常低，低于实际设计方案。当高于80mA时，效率高于实际设计方案
在PCB板面积上，利用WEBENCH工具设计的方案占用面积较小，一个采用了TSSOP的10引脚封装，一个采用SOT-23封装，其它阻容器件，系统推荐的都是0402和0603封装的居多，这样的设计适合工厂大批量生产。对于DIY者来说，器件封装必须得改，这样小的封装会增加焊接难度和调试难度，浪费一些时间。实际方案采用的阻容器件都是0805以上，二极管也采用大的贴片封装，造成占用PCB面积较大，这样无线中增加一些制作成本。 元件数量上，实际设计方案因考虑各种因素会增加一些保护设计和控制电路，WEBENCH工具设计设计的方案只是两个独立的电路，需要重新整合才能应用，除非是单电源芯片的解决方案。
通过成本比较，原来设计的电源成本比WEBENCH工具设计设计的方案高一倍之多，原因就是现在电子成本逐年下降，WEBENCH工具中选择了低成本的方案之至。
总之言之，这个工具在设计电源芯片方面给出了一些出色的解决方案，方便了大家去网站看选型指南和搜索该电源产品方案的过程，那个是相当痛苦的过程！一句话，自从出了WEBENCH工具，真正地把电工从痛苦的设计地狱中解放出来了，呵呵！
【各种附件】
一款自制XDS510仿真器电源供电方案设计.pdf
(1.53 MB, 下载次数: 12)
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发表于 2013-9-25 21:21:24
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