TMS320LF2407A在混合电压系统中的设计

TMS320LF2407A在混合电压系统中的设计

摘要：介绍了TMS320LF2407A在混合电压系统中的设计。首先对TMS320LF2407A做了简单的介绍，然后阐述了TMS320LF2407A的电源问题以及与5V器件接口时存在的逻辑电平不匹配问题，分析了产生这些问题的原因，并给出了相应的解决方案。

随着便携式数字电子产品、数字式移动电话、手持式测试仪表等的迅速发展，要求使用体积小、功耗低、电池耗电小的器件，从而使得集成电路的工作电压已经从5V降到3．3V甚至更低，例如2．5V和1．8V。但是目前仍有许多5V电源的逻辑器件和数字器件可用，因此在许多设计中将会有3．3V逻辑器件和5V逻辑器件共存，而且不同的电源电压在同一电路板中混用。随着更低电压标准的引进，混合电压的系统将会代替单电压系统，并会在很长时间内存在。

1 TMS320LF2407A概述

TMS320LF2407A是TI公司推出的一款定点DSP控制器，它采用了高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3．3V，减小了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns(40MHz)，从而提高了控制器的实时控制能力；集成了32K字的闪存(可加密)、2．5K的RAM、500ns转换时间的A／D转换器，片上事件管理器提供了可以满足各种电机的PWM接口和I／O功能，此外还提供了适用于工业控制领域的一些特殊功能，如看门狗电路、SPI、SCI和CAN控制器等，从而使它可广泛应用于工业控制领域。

然而，在实际的应用系统中，还需要对TMS320LF2407A进行必要的外围扩展，譬如程序区和数据区的扩展、CAN的驱动等，以满足整个应用系统的实际需要。

2 电源设计

TMS320LF2407A的工作电压是3．3V，而目前许多常用外围器件的主要工作电源通常是5V，因此以TMS320LF2407A为核心所构成的应用系统必然是一个混合电压系统。与完全的3．3V系统相比较，混合电压系统由于低电压器件的缺乏，显然有不少缺点。其中一个主要缺点就是对多电源的要求，一个典型的系统需要3V、5V、 12V／-12V，甚至更高的电压。设计的一个目标就是减少所需电源的数目，并减少产生这些电源电压所需器件的数目。为了减少多电源所需的额外器件的数目，不少厂家提供了产生多种电压的芯片。同时，随着技术的不断进步，将会出现更多的低电压器件，从而逐渐消除对多电源的要求和产生这些电源的花费和复杂性。 对于TMS320LF2407A应用系统而言，首先要解决TMS320LF2407A的电源问题。解决3．3V电源通常有以下几种方案。

2．1 电阻分压

利用电阻分压的方法比较简单，其原理如图1所示。但是，该电路实际的输出电压显然要小于3．3V，并且随着负载的变化，输出电压也会产生波动。另外，这种电路的功耗也比较大。然而，其成本比较低并且结构简单，可以作为一种应急的方案。对于低功耗的系统和对电源要求高的系统，不适合采用这种方案。

2．2 直接采用电源模块

考虑到开关电源设计的复杂性，一些公司如Agere(原来朗讯的微电子部)、Ericsson、Vicor等，推出了基于开关电源技术的低电压输出电源模块。这些模块可靠性和效率都很高，电磁辐射小，而且许多模块还可以实现电源隔离。这些电源模块使用方便，只需增加很少的外围元件，但是价格比较昂贵。

2．3 利用线性稳压电源转换芯片

线性稳压芯片是一种最简单的电源转换芯片，基本上不需要外围元件。但是传统的线性稳压器，如LM317，要求输入电压比输出电压高2V或者更大，否则就不能够正常工作。因此对于5V的输入，输出并不能够达到3．3V。面对低电源的需求，许多电源芯片公司推出了低电压差线性稳压器(LDO)。这种电源芯片的压差只有1．3V-0．2V，可以实现5V转3．3V／2．5V，或者3．3V转2．5V／1．8V等要求。LDO所需的外围器件数目少，使用方便、成本较低、纹波小、无电磁干扰。例如，TI公司的TPS73xx系列就是TI公司为配合DSP而设计的电源转换芯片，其输出电流可以达到500mA，且接口电路非常简单，只需接上必要的外围电阻，就可以实现电源转换。该系列分为固定电压输出的芯片和可调电压输出的芯片。但这种芯片通常效率不是很高，而且功耗比较大。

采用何种电源设计方案，取决于系统的具体要求。通常，小功率或对电源效率要求较低的时候，可以采用LDO。但是对于大功率或对电源效率要求较高的时候，则应该使用电源模块。TMS320LF2407A的特点之一就是低电压工作，其功耗也比较低，所以采用TI公司的TPS73xx系列比较合适。其中，TPS7333是一种固定输出3．3V电压的电源转换芯片，正好适合TMS320LF2407A的电源需要。

3 逻辑接口设计

由于TMS320LF2407A的引进，不同电压的逻辑系统将共存于同一个电路板中，譬如在同一电路板中存在3．3V和5V两种逻辑系统。因此，在设计逻辑器件之间的接口时，采用适当的方法，可以避免不同电压的逻辑器件接口时出现问题，从而保证所设计的电路数据传输的可靠性。

3．1 逻辑电平不同时接口出现的问题

在混合电压系统中，不同电源电压的逻辑器件相互接口时会存在以下三个主要问题：加到输入或输出引脚上允许的最大电压的限制问题；两个电源间电流的互串问题；必须满足的输入转换门限问题。

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