李喬楊+李洋+熊凱健
摘要:TMS320C6678多核DSP芯片電源電路設(shè)計(jì)復(fù)雜,其內(nèi)核電壓一般使用SmartReflex電路提供,這對印制板的布局和后期的調(diào)試工作帶來很多限制,不能滿足機(jī)載環(huán)境中高可靠性、可制造性的要求。對于TMS320C6678芯片的供電需求,本文提出了一種適合在機(jī)載嵌入式環(huán)境使用的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)中全部采用開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)芯片供電,可以滿足TMS320C6678多核DSP芯片供電要求,提高了產(chǎn)品的可靠性和可制造性。
關(guān)鍵字:TMS320C6678;SmartReflex;開關(guān)電源
1 引言:
TI公司的TMS320C6678多核DSP芯片具有高性能、低功耗、接口豐富的特點(diǎn),能夠適應(yīng)機(jī)載數(shù)字信號處理發(fā)展的要求,在機(jī)載嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。TMS320C6678芯片內(nèi)核電壓范圍為0.9V-1.1V,可以采用SmartReflex技術(shù)動態(tài)調(diào)節(jié)芯片內(nèi)核電壓,提高性能功耗比。內(nèi)核電壓供電電路通常采用數(shù)字PWM控制芯片配合電源驅(qū)動芯片組合設(shè)計(jì)。這種供電電路設(shè)計(jì)復(fù)雜,在實(shí)際使用中降低功耗效果有限,對印制板的布局和后期的調(diào)試工作帶來很多限制,不能滿足機(jī)載環(huán)境高可靠性和可制造性的要求。
本文以TMS320C6678多核DSP芯片供電系統(tǒng)為研究對象,提出了一種輸出穩(wěn)定電壓的TMS320C6678多核DSP芯片電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)通過開關(guān)電源芯片輸出穩(wěn)定的內(nèi)核電源電壓,使用調(diào)節(jié)配置電阻、電容配置上電順序。該設(shè)計(jì)能夠滿足TMS320C6678多核信號處理模塊電源需求,在機(jī)載嵌入式領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用空間。
2 TMS320C6678供電需求
2.1 TMS320C6678
TMS320C6678是德州儀器(TI)公司全新架構(gòu)的TMS320C66x數(shù)字信號處理器(DSP)。該DSP基于新型KeyStone多內(nèi)核SoC架構(gòu)實(shí)現(xiàn),內(nèi)部集成了8個(gè)TMS320C66x DSP CorePac。單核最高工作頻率1.25GHz,單核可實(shí)現(xiàn)40GMAC/Core的定點(diǎn)處理和20GFLOP/Core的浮點(diǎn)處理能力。TMS320C6678 DSP支持320GMAC定點(diǎn)處理和160 GFLOP的浮點(diǎn)處理能力。
TMS320C6678處理器集成了豐富的高速接口,包括72bit DDR3存儲器接口,最高支持DDR3-1600;4x模式的Serial RapidIO 接口,支持V2.1規(guī)范,最高工作頻率5 Gb/s;2x模式的PCI Express接口,支持Gen2規(guī)范,最高工作頻率5 Gb /s;高速HyperLink接口,支持最高50 Gbaud的傳輸帶寬; 2個(gè)SGMII的Gbe千兆以太網(wǎng)接口;基于包加速( Packet Accelerator)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器等。
2.2 TMS320C6678供電要求
為了保證處理器和接口的正常工作,TMS320C6678要求提供13種電源,并且對電源的電壓、電流和上電順序等提出了嚴(yán)格的要求。如表1所示。
供電電路采用外部+5V電源供電,TMS320C6678芯片需要多種供電要求的供電電壓。SmartReflex內(nèi)核電壓CVDD,電壓范圍為0.9V-1.1V;內(nèi)核電壓CVDD1為1.0V;VDDT1/VDDT2為處理器高速接口的端接電壓,工作電壓1.0V;DVDD15為處理器DDR3接口功能的供電電壓,工作電壓1.5V;VDDR1/VDDR2/VDDR3/VDDR4為處理器高速接口SerDes供電電壓,工作電壓1.5V電壓;DVDD18需要1.8V工作電壓;AVDDA1/AVDDA2/AVDDA3為內(nèi)部PLL的供電電壓,需要1.8V工作電壓。VREFSSTL為DDR3的參考電壓,0.75V。
上電順序,TMS320C6678 DSP支持兩種方式:
(1)CVDD→CVDD1,VDDT1-3→DVDD18,AVDD1,AVDD2→DVDD15,VDDR1-4
(2)DVDD18,AVDD1,AVDD2→CVDD→CVDD1,VDDT1-3→DVDD15,VDDR1-4
3 設(shè)計(jì)方案
根據(jù)以上的分析可以看出TMS320C6678芯片供電種類多,供電電流大,供電要求復(fù)雜。為了保證芯片的正確工作,本文對按照芯片需求將供電電源分為4個(gè)部分設(shè)計(jì),獨(dú)立輸出,減少不同電源之間供電的耦合,便于PCB布局布線和后續(xù)的硬件調(diào)試。
根據(jù)TMS320C6678芯片電源上電順序要求,本文按照第一種順序進(jìn)行電源電路設(shè)計(jì),見圖1:
4路電源上電時(shí)間通過電壓轉(zhuǎn)換芯片獨(dú)立調(diào)節(jié),滿足處理器芯片需求。具體設(shè)計(jì)如圖2所示。
3.1 內(nèi)核電壓CVDD
芯片內(nèi)核電壓CVDD,電壓范圍為0.9V-1.1V,本文采用LTM4600芯片轉(zhuǎn)換電路將+5V直流電源轉(zhuǎn)換為內(nèi)核電壓1.0V,穩(wěn)定輸出電流10V。如圖3所示。
LTM4600電源轉(zhuǎn)換電路最高能夠提供10A連續(xù)電流和14A峰值輸出電流,采用小體積的15mm×15mm LGA封裝,4.5V至20V的寬輸入電壓范圍,輸出最低電壓為0.6V,具有短路和過壓保護(hù)功能??梢哉{(diào)節(jié)LTM4600芯片Run端接電阻和對地電容獲得合適的上電時(shí)間,能夠滿足芯片內(nèi)核電源需求。
3.2 CVDD1/VDDT1/VDDT2
CVDD1為核心供電電壓內(nèi)存排列,固定輸入1.0V;VDDT1為HyperLink供電,工作電壓1.0V;VDDT2串行千兆位以太網(wǎng)(SGMII)/串行高速接口(SRIO)/快速串行總線(PCIe)接口電源,供電電壓1.0V,這三種電源可以使用相同的上電時(shí)間。
本文采用LTM4600芯片轉(zhuǎn)換電路將+5V直流電源轉(zhuǎn)換為內(nèi)核電壓1.0V,輸出電流10V??梢哉{(diào)節(jié)LTM4600芯片Run端接電阻阻值獲得合適的上電時(shí)間,能夠滿足芯片CVDD1/VDDT1/VDDT2電源需求。
3.3 DVDD18,AVDD1,AVDD2
DVDD18為接口電源,工作電壓1.8V;AVDDA1/AVDDA2/AVDDA3為芯片內(nèi)部PLL鎖相環(huán)的供電電壓,工作電壓1.8V。
考慮到電源轉(zhuǎn)換效率,本文采用TPS74401RGWR芯片電源轉(zhuǎn)換電路將3.3V直流電源轉(zhuǎn)換為1.8V使用,TPS74401RGWR電源轉(zhuǎn)換電路最大輸出電流為3A,滿足芯片1.8V電源需求。3.3V電源由LTM4600芯片轉(zhuǎn)換電路提供。在此不再介紹。
3.4 DVDD15,VDDR1-4
DVDD15為處理器芯片DDR3 SDRAM接口功能的供電電壓,工作電壓1.5V,VREFSSTL為DDR3的參考電壓0.75V;VDDR1/VDDR2/VDDR3/VDDR4為處理器高速接口SerDes供電電壓,供電電壓1.5V。
DDR3存儲器采用1.5V供電,所需VTT、VREF信號與1.5V電源信號要有嚴(yán)格的時(shí)序要求,在本文中此部分電源轉(zhuǎn)換電路由TPS51116電壓轉(zhuǎn)換芯片和外圍開關(guān)電路(HI-8591PST、HI-8570PST)組成,將5V電壓轉(zhuǎn)換為1.5V、0.75V。
4 結(jié)束語
對于TMS320C6678芯片的供電需求,本文在提出了一種適合在機(jī)載嵌入式環(huán)境使用的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。在滿足芯片電流、電壓、上電順序方面要求的同時(shí),顯著降低了電路復(fù)雜度,方便了PCB布局布線和后期硬件調(diào)試,提高了產(chǎn)品的可靠性和可制造性。有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn),有推廣意義。
參考文獻(xiàn):
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[3]Texas Instruments Corp. Hardware Design Guide for Key-Stone I Devices(sprabi2c) [EB/OL].[2013-8-22]http:/ /www.ti.com.
作者簡介:
李喬楊,工程師,研究方向計(jì)算機(jī)應(yīng)用,中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所,郵編710068
李洋,中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計(jì)算技術(shù)研究所,高級工,郵編710068。
熊凱建,中國人民解放軍解放軍5720工廠,技術(shù)員,安徽蕪湖,郵編241007。