红外热像仪

根据TMS320DM6437的手册,其需要VCORE (1.2V)、VDDR(1.8V)和VI/O(3.3V)三种电源,内核电源的{zd0}电流为597mA,而I/O电源的{zd0}工作电流是25mA。另外,还需考虑上电顺序。同时,热像仪的调焦电机需12V电源,其他IC选用3.3V器件,因此,整个系统需12V,3.3V,1.8V及1.2V四种电压。
  
电源系统设计
TPS54350是具有内部MOSFET的高效 DC/DC转换器,连续输出电流为3 A时,支持输入电压范围为4.5~20V,可使设计人员直接通过中压总线(而非依赖额外的低电压总线)为DSP、FPGA和微处理器供电。TPS54350构成的DC/DC转换器效率高达90%以上,非常适用于低功耗的液晶显示屏、监视器、液晶电视机、硬盘驱动器、视频图像卡以及9V或12V墙式适配器的负载稳压装置。TPS54350的输出电压可调低至0.891V(xx度为1%);PWM 频率固定为250kHz、500kHz或250~700kHz的可调节范围,还具有完善的保护功能。因此,TPS54350符合系统设计要求。

    
1 TPS54350引脚功能
VIN:电压输入引脚,范围为4.5~20V,必须旁路连接一个低等效串联电阻(ESR)的10μF陶瓷电容器。
UVLO:欠压闭锁输出。 
PWRGD:开漏输出。该引脚为低电平时,表示输出低于期望的输出电压值。
RT:频率设置引脚。在RT引脚与模拟地(AGND)之间接一个电阻器来设置转换频率。将RT引脚与地连接或是悬空,可以来得到一个内部的备选频率。 
SYNC:双向I/O同步引脚,当RT引脚悬空或置低时,SYNC为输出;当它与一个下降沿信号连接时,亦可作为一个输入端口来同步系统时钟。
ENA:使能引脚,低于0.5V时,芯片停止工作;悬空时被使能。 
COMP:误差放大器输出。
VSENSE:误差放大器转换节点,基准电压值。
AGND:模拟地,内部与感应模拟地电路连接。与PGND和POWERPAD连接。 
PGND:电源地,与AGND和POWERPAD连接。
VBIAS:内部8.0V偏置电压,引脚要接一个0.1μF的陶瓷电容。
PH:相位,与外部LC滤波器连接;
BOOT:在BOOT引脚与PH引脚之间连接一个0.1μF的陶瓷电容。
2 电路分析
① 输出电压可调
TPS54350的输出电压是可调的,如图1所示,通过改变电阻R2 的值来得到期望的输出电压值。R2的计算公式为:
R2=(R1×0.891)/(V0-0.891)  (1)
图1中的输入电压为12V,为得到3.3V的输出电压,将R1取一定值1kΩ,此时根据公式(1)计算可得,R2=374Ω。

 

图1  12V转3.3V/1.8V典型电路
表1为当R1为10kΩ时,几种输出电压下R2的推荐值。

 

输出电压 R2(kΩ)
1.2 28.7
1.5 14.7
1.8 9.76
2.5 5.49
3.3 3.74

同理,要得到1.8V的输出电压,将R12取1kΩ,则R7应为976Ω。
② 设置上电顺序
如图1所示,产生3.3V电压的U1的PWRGD引脚接至产生1.8V电压的U2的SS/EN引脚。这样,即使电容击穿,在开始上电时,产生3.3V电压的U1输出未达到阈值,PWRGD输出低电平,产生1.8V电压的U2处于关闭状态,直至3.3V电压稳定,这样可确保3.3V先上电;掉电时,U1的输出低于阈值,PWRGD引脚输出低电平,U2的输出关断,保证1.8V先断电。根据上述原理,在红外热像仪中采用一片TPS54350给DSP内核供1.2V电压,另两片54350分别给DSP外围I/O提供3.3V电压及1.8V的DDR电压,设置上电顺序为1.2V→3.3V→1.8V。

电压监控与复位电路
在红外成像仪系统中,由于视频电路的高频特性,开关的电磁辐射和线路噪声都将干扰电路的器件工作电压。且DSP对工作电压要求较高,偏差不能超过 5%,一旦工作电压超出该偏差,长时间工作容易缩短器件寿命甚至烧毁。因此,系统设计需要通过电压监控电路实时监控器件工作电压,确保系统提供稳定正常的电压。
电压监控电路工作原理:系统上电期间,监控器件的复位信号保持有效,使DSP始终处于复位状态,一旦监控的电压值达到规定的门限电压,则释放复位,DSP即可正常工作。在工作中,如果监控电压低于门限值,监控器件再次发送复位信号使系统复位。
TPS3808是TI公司的一款具有低静态电流、可编程延迟的监控电路。主要参数包括:输入电压范围1.8~6.5V,上电复位可调整延迟时间1.25ms~10s,典型静态电流2.4μA,高精度门限0.5%。
当TPS3808的SENSE引脚电压低于门限电压或MR有效时,复位引脚输出复位信号,CT引脚用来设定复位延迟时间,若悬空延迟时间为20ms,通过电阻连接至VDD则延迟时间为300ms,也可通过电容接地,根据电容值的不同可将延迟时间设定为1.25ms~10s,电容值的计算公式如下:
CT(nF)=[tD(s)-0.5×10-3(s)]×175  (2)
本系统采用TPS3808G12、TPS3808G18和TPS3808G33分别对1.2V,1.8V和3.3V电压进行监控,三者的门限电压分别为1.12V、1.67V和3.07V,当输入电压低于门限电压时,DSP就会收到复位信号,从而对电路进行了保护。另外,TPS3808还具有一个手动复位信号MR,可通过复位按钮手动复位。

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