【我与WEBENCH】基于TMS320VC33DSP控制板卡的电源方案对比(实物对比测试)

fengye5340

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本帖最后由 fengye5340 于 2014-1-6 13:41 编辑

一、【原始方案介绍】

该DSP控制板卡采用多层板设计，已经用于项目中，工作比较稳定。首先说一下DSP器件TMS320VC33。它是美国TI公司推出的TMS320C3X系列新一代浮点式数字信号处理器。它以高速、低功耗、低成本、易于开发为显著特点。是通信、手机、MODEM、DVD、便携式仪器仪表中需要进行俘点运算应用中的一种理想的DSP器件。由于它采用了内部1.8V、外部3.3V供电,因而功耗比原有型号降低了大约一个数量级,而且能支持高达150M/FLOPS的运行速率,是需浮点运行的便携式产品应用场合中的一种理想的DSP器件。采用该型号DSP器件，既能满足复杂控制要求，又可以快速实现开发。它不但能支持常用的CCS环境下的C语言代码开发，还支持labview语言的快速开发。另外，DSP IO驱动能力较强，可以省略一些逻辑缓冲器件，方便PCB的设计。

下面说一下该板卡的电源设计方案。该板卡采用两种供电方式，方式一、采用USB5V电压供电。方式二、采用外部电压输入，输入电压范围：7V-24V。采用两路TPS77533芯片产生3.3V电压，分别用于DSP外设和模拟部分供电。一路TPS77518用于DSP核供电。当时，TI还没有推出WEBENCH这个方便的电源设计工具，器件选择都是从网站上选取。

方案框图如下：

方案原理图截图：

TPS77533/TPS77518是带复位延时的，当电压过低时，输出复位信号，可以有效保护系统器件。采用外部供电时，通过UA7805降压到5V,再用于TPS77533和TPS77518的供电输入，两者都有最大500mA的输出电流。电源方案实物截图：

二、TI  WEBENCH方案介绍
   下面是利用TIWEBENCH工具重新设计的该板卡电源方案如下：
   步骤一开启设计
   首先点击工具图标上的【多负载】。如下图：

  注：由于TI WEBENCH工具【FPGA/uP】选项中，无对应的该器件型号，所以这里采用多负载电源架构工具实现。
步骤二  设置正确的参数和负载
   进入设计界面后，要先选择电压源输入范围，这里填写：7V-24V。再在添加负载的地方，依次添加四个负载。分别是5V/1A,3.3V/0.3A,3.3V/0.1A,1.8V/0.1A,这里的电流都是最大负载电流。根据DSPTMS320VC33器件手册，其核最大电流为100mA，模拟器件电流负载100mA足够。这个工具如果加载负载过多，会用滚动条显示，只好分开截图。在选择过程中，一定不要忘记勾选【使用独立电源】【LDO Supply】这两个选项。不选，就少用一个器件，虽然降低成本，但增加了设计风险哦。

配置完成后，点击界面右上角绿色按钮【提交项目要求】，进入一个环节。
步骤三优化方案
等待几分钟后，系统会自动生成电路设计方案，真是很方便的。在生成正式方案之前，会出现下面的界面，如图：

【优化选项】:这个很重要，如果你将降低成本，就需要左旋按钮才行，如果你想得到最高效率的方案，就进行右旋按钮，模拟按钮是在中间位置的。界面右下面会给出你的电源设计方案的方框图，并带有每个器件的型号，用不同的颜色区分表示，看着是不是很漂亮，跟画画一样。因为我想要低成本的方案，所以，我对【优化按钮】左旋了，方案重新生成后，界面如下：

点击右上角【绿色按钮】后，进入下一个环节。
步骤四检视/编辑方案
在这个界面中，可以对方案框图进行检查，并修改，芯片型号可以进行更换。另外，系统给出了功耗和成本的饼图，让你直观地看到所选各种芯片的成本。界面截图如下：

步骤五生成最终方案
点击工具菜单栏上面的【4电源】选项后，等待一会儿，系统就生成了最终的设计方案，整个过程前后也就几分钟的时间，真是非常快速的。要是以前，去官网挨个下载数据手册，查看选型样本，怎么也得花费半天，现在短短几分钟就搞定了，这个真是工程师的宝贝！方案生成的界面如下：

这个WEBENCH设计工具最初是由美国国半开发的，后来被TI收购后，对其进行了资源整合，加入了TI自己的电源产品。该工具设计时考虑的比较全面。不但提供了每个生成方案的BOM表，里面包含详细的（型号、生成厂商、价格、数量、属性、覆盖面积和3D透视图等），对有些器件还提供软件仿真功能。此外，工具支持将方案的电路原理图导出，支持多种主流PCB软件。见下图：

我觉得这个工具最大的特色之处就是支持打印报告功能。该项目报告采用PDF文档方式，系统地描述了方案的生成时间、方案框图，电气BOM清单、每个芯片的器件清单，电路仿真结果及测试图表，各个器件的官网链接，系统总体成本和效率等不同方面。可以说，方案的精华都在这个设计报告中。
三、方案对比
既然有了设计报告，下面系统地进行一下两种方案的对比：
原始方案和WEBENCH设计方案对比

参数	DSP板卡原有设计方案	WEBENCH设计方案
设计时间	半天	10分钟
方案整体BOM成本	32元（4.7美元含增值税）	18.53元（2.13美元+17%增值税）
方案整体效率	9V电源输入下：约45.6%	68.963%
方案整体面积	750mm2—800mm2	391mm2
带复位信号输出	是	否
PCB可维护性	好	差

通过图表数据的对比，可以看出，两个方案各有优劣。所谓鱼和熊掌不可兼得，设计时要根据实际需求进行选择。在设计时间方面，WEBENCH工具能够极大的缩短项目的开发周期，节约大量的时间；原始方案采用了线性稳压器和LDO器件，导致整体效率不高；由于采用了带复位信号输出的器件，导致方案比利用WEBENCH工具设计的无复位输出的器件成本高不少；在PCB板面积上，由于采用了较多保护和滤波电容，导致器件面积较大，而WEBENCH工具设计的方案由于采用了成熟的方案，面积可以控制；在PCB设计上，采用WEBENCH工具设计的方案中很多元件采用了0402封装的阻容器件，这样设计的好处是节省PCB 面积，可以实现机器批量焊接，但PCB的维护性极差，而原始设计中，采用的都是0805以上阻容元件，且板子整体由人工焊接，便于维护，方便修理。当然，后期可以考虑将WEBENCH工具设计的方案中小器件更改为0805的器件，当然是在不影响电磁兼容的情况下。总而言之，采用WEBENCH工具设计电源是一个很好的选择，在这方面，TI走在了别人前面。
四、附件

1、基于TMS320VC33DSP控制板卡的电源方案对比.pdf

基于TMS320VC33DSP控制板卡的电源方案对比.pdf (2.18 MB, 下载次数: 3)

2、设计报告

webench_project_1284796_238_108850676.pdf (512 KB, 下载次数: 2)