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隨著半導體行業遵循摩爾定律不斷發展，處理器對電源的需求也正以驚人的速率在增長。在電源管理至關重要的電池供電應用中，處理器會根據時鐘速率的增加或減少，調節其相應的內核工作電壓，從而在需要高速處理的時候全功率供電，在處理器空閑的時候避免浪費剩余功率。但是，為處理器尋找有控制輸出電壓功能的開關穩壓器集成電路(IC)是很困難的，而且價格通常比普通的開關穩壓器高很多。圖1所示的電路是為嵌入式處理器供電的經濟有效的解決方案，該方案采用了簡單的降壓式開關穩壓器，處理器BF531通過低成本數字電位器AD5258，設置降壓式開關穩壓器ADP3051的輸出電壓。 圖1 嵌入式處理器BF531的供電電路 在該電路中，啟動VDDINT引腳電壓=(5kΩ+10kΩ)×0.8V/10kΩ= 1.2V，AD5258從5kΩ開始；最小的VDDINT引腳電壓=0.8V；最大的VDDINT引腳電壓=(5kΩ+10kΩ)× 0.8V/10kΩ+10%過沖裕量=1.2V +10%過沖裕量＝1.32V。 ADP3051是一種能提供500mA電流、輸出電壓低至0.8V的電流模式、脈寬調制(PWM)降壓式開關穩壓器。其輸出電壓用一個電阻分壓器設置，該分壓器的高端接到輸出端，低端接到地，中心點接到反饋引腳。當調節輸出電壓時，ADP3051將反饋引腳保持在恒定的0.8V參考電壓，因此將輸出電壓設置成分壓比的倒數與參考電壓的乘積。在本設計中，分壓器的低端電阻是10kΩ，高端由數字電位器AD5258設置。AD5258有64個分點，用I2C接口改變其滑動端設置。ADSP-BF531 Blackfin嵌入式處理器根據其功耗的需求，通過I2C接口調節AD5258的滑動端設置。這樣通過改變AD5258的滑動端設置來改變ADP3051輸出電壓，允許Blackfin處理器按照要求調節其內核電壓。 滿足嵌入式處理器的多種要求是本設計中最困難的部分。ADSP-BF531要求在具有50mV分辨率的0.8～1.2V電壓范圍內，使內核電壓的精度達到25mV之內。還有，該嵌入式處理器必須在1.2V啟動以初始化其時鐘。而且，還要有硬件保護防止輸出電壓超過1.2V，防止軟件錯誤發生。此外，制造商和市場都要求將成本和印制電路板(PCB)面積比現有解決方案減小一半。 數字電位器雖然能精確地設置其內置電阻器比率，但是通常其絕對電阻值的誤差很大。這里AD5258不用于設置電阻器的比率，而是將其內置電阻器與外部電阻器相連一起來設置輸出電壓。這通常這會導致系統精度降低，但使用AD5258的非易失性存儲器存儲其絕對電阻值，可以解決這個問題。ADSP-BF531通過I2C端口讀取這個有允許誤差的電阻值，并用簡單的算法調節ADP3051輸出電壓以提高精度。圖2是通過示波器觀察到的ADP3051的輸出電壓波形。該圖顯示了輸入電壓Vin為3V，輸出電壓Vout從0.8V增加到1.2V，輸出電流Iout為500mA，過沖電壓大約為60mV。數字電位器為 5kΩ，而且低端的反饋電阻器是10kΩ。 圖2 ADP3051的輸出電壓波形 AD5258非易失性存儲器的另一優點是能夠以任意電阻比值啟動AD5258。AD5258的校正設置已存入非易失性存儲器中，能夠在1.2V啟動ADP3051的輸出電壓，以便初始化時鐘。使用AD5258和外部電阻器提供硬件保護，防止輸出電壓超過1.2V。如果AD5258設置為0電阻值，那么輸出電壓應為0.8V×(0Ω+10kΩ)/10kΩ= 0.8V；如果將它設置為最大阻值5kΩ，那么輸出電壓應為0.8V×(5kΩ+ 10kΩ)/10kΩ=1.2V。如果該嵌入式處理器通過I2C端口控制AD5258，使內核電壓從0.8V增加到1.2V，那么輸出電壓會在40μs內保持單調性增加。 ADP3051具有低電阻和同步整流的開關穩壓器的特點，所以能在整個輸出電壓范圍內提供高效率，也減少外圍元件數量，從而使其成為滿足低功耗ADSP-BF531處理器電源要求的理想解決方案。另外，因為ADP3051是集成的開關穩壓器，所以該解決方案大大降低了成本并且減小了PCB面積。 |
