本帖最后由 fengye5340 于 2014-1-13 13:29 编辑
【方案介绍】
本数据采集卡作为整个控制卡的一部分，可以应用在图像数据采集、语音数据采集等领域。其采用德州仪器TMS320VC5416 DSP作为处理器, Lattice公司的ispMACH系列LC4256V CPLD作为系统间逻辑控制，板载4Mbit NORFLASH及32M NANDFLASH,并带有隔离RS485工业总线，PDIUSBD12 USB器件，可通过USB供电及传输数据。
德州仪器TMS320VC5416DSP是其定点C5000系列产品中的经典产品，它具有高达120MHZ/160MHZ的主频，8M FLASH存储器，128K RAM。它是基于先进的改进哈佛结构的16 位定点DSP，拥有一条程序总线和三条数据总线。本数据卡采用的是160MHZ型号，采用多层板设计，数据接口皆采用光耦隔离，实现了高速通信的抗干扰设计。
下面描述一下该数据采集卡的电源设计方案：
电源方案框图如下：
由于TMS320VC5416DSP内核采用1.6V供电，外部采用3.3V供电，而对于LC4256V及NORFLASH、NANDFLASH、PDIUSBD12和光耦皆用3.3V供电，MAX3487和MAX3486采用5V电源，考虑到5V可以用USBBUS本身提供，所以在设计板卡时，需要额外提供两种电源。经过几天的选型，后来选择了这款德州仪器的TPS767D301双LDO电源芯片,这个芯片是TI专用于DSP系统中需要双电源供电的电源方案。
它的主要特点如下：
◆ 带有可单独供电的双路输出，一路固定输出电压为3.3V，另一路输出电压可以调节，范围为1.5-5.5V；
◆ 每路输出电流的范围为0-1A；
◆ 电压差大小与输出电流成正比，且在最大输出电流为1A时，最大电压差仅为350mV；
◆ 具有超低的典型静态电流（85μA），器件无效状态时，静态电流仅为1μA；
◆ 每路调整器各有一个开漏复位输出，复位延迟时间为200ms；
◆ 28引脚的TSSOP PowerPAD封装形式可保证良好的功耗特性；
◆ 工作温度范围为-40℃-125℃，且每路调整器都有温度自动关闭保护功能。
它的各功能引脚如下：
俗话说，好马配好鞍，这个芯片当时采购价格还是蛮高的。下面是电路原理图和实物图片。
板卡电源部分实物：
板卡局部实物图：
在TI WEBENCH工具中，集成了【FPGA/uP】选项工具，选择对应好的控制器件后，可以直接得到一个针对此器件的电源方案，可谓非常省事。下面我们就用这个工具，重新来设计一个针对TMS320VC5416的电源方案。
【TI WEBENCH方案设计】
下面是利用TIWEBENCH工具生成TMS320VC5416芯片方案的过程：
步骤一 开启设计
首先点击工具图标左上角的【FPGA/uP】及红色字体【UpArchitect】，这里选择处理器电源为：【TI】如下图：
说明：在这个架构工具中，TI将FPGA和uP集成在一块，DSP属于【Up Architect】。
步骤二 选择TMS320VC5416芯片开启设计
点击上面的【开启设计】后，系统会载入FLASH界面，并出现一个型号选择界面，这里面全是德州仪器公司的产品，从AM335系列、MSP430系列，DSP系列都有，不过只有其公司产品的部分型号，在里面找到一个【
TMS320VC5416PGE160】这一项。如下图：
这里系统已经给出了默认电源参数，CVDD:1.6V/0.06A；DVDD:3.3V/0.04A。这个参数先不管它，点击绿色按钮增加多个负载项，会进入下面环节：
步骤三 参数配置
在这里，输入好设计参数：由于采用USB
供电，电流最大输出：0.5A,
所以在输入参数时设置如下：输入电源：Vmin=Vmax=5V,
温度默认是30
℃，这里改为：40
℃。配置输出电源如下：一路CVDD:1.6V/0.06A
，保持参数不变。一路DVDD
变为：3.3V/0.34A
，原来的：0.04A
仅用于DSP
供电是足够的。注意：这里的DVDD还要为其它CPLD/FLASH/USB/光耦供电，所以要设计的大一些。剩下一路为：5V/0.1A
，这里就不用增加一个电源了，如果增加一个电源负载，系统会额外提供一个芯片的，这样成本就增加了。USB5V电源是可以直接为485器件供电的。设置好的电源参数如图：
点击【提交项目要求】进入下一个环节：在优化选项这个地方，采用默认优化选项，中间位置。如下图：
点击【检视/编辑】进入下一个环节：这里工具会增加项目细节：
步骤四 参数检测、编辑修改
在这个过程中，可以对输入的参数进行检查，检查无误后，就可以生成正式方案了。方案如下图：
点击【创建工程】选项，生成最后的方案！
步骤五 生成方案、报告、原理图
这个界面是生成方案的最后界面，里面有BOM
表，图表，优化选项，热仿真，原理图和设计报告等。点击方案界面的【EXPORT
】按钮，可以导出原理图，这里选择常用的AD
格式，点击【Design Document
】按钮，可以导出完整的设计报告。如下图：
打开设计报告后，可以得到方案的详细信息。下面是两个原理图的截图：系统采用了TPS70916
芯片来设计1.6V
电源，采用LP38691
芯片来设计3.3V
的电源。
【方案比较】
得到采用WEBNCH
设计的方案后，和我们用原来的设计方案进行一下详细对比
原始方案和WEBENCH设计方案比较| 参数 | 数据采集卡实际设计方案 | WEBENCH设计方案 |
| 设计时间 | 两周（包括芯片型号选择） | 15分钟 |
| 方案整体BOM成本 | 实际：20元（芯片：18元） 现价：2.2美元（不含税） | 现价：0.94美元（不含税） |
| 方案整体效率 | 大体测算：大约在60%-70% | 根据设计报告：60.867 % |
| 方案整体面积 | 600-800mm2 | 34mm2 |
| BOM | 11个元件 | 6个元件 |
| 电源芯片个数 | 1个 | 2个 |
通过以上图表数据的对比，可以看出，采用TIWEBENCH
工具设计的方案有优势。
在设计时间方面，利用WEBENCH工具进行设计，大约只要用15分钟左右的时间，而实际方案主要是花在电源芯片的选择上，需要考虑的因素很多，所以浪费了大量的时间；
在方案整体效率方面：利用WEBENCH工具设计的方案中，我们同样选择了两片LDO芯片，两个芯片的整体效率在60.867%，而实际方案采用的是双LDO一体芯片，同样效率也不是很高，实际测试，效率值在60%-70%波动(效率值有些误差)，总体而言，两者效率可视为一致。
在PCB板面积上，利用WEBENCH工具设计的方案占用面积较小，仅34mm2，因其采用了小封装的器件，容易进行批量贴片，而实际方案采用的双LDO芯片采用的TSSOP28封装，外加钽电容，占用体积较大，对于多层板而言，增加不少成本；
元件数量上，两者相差接近一倍，实际方案使用的电阻和电容较多，利用WEBENCH工具设计的方案阻容器件较少，但后者采用了两个电源芯片，在调试板卡的过程中，会增加一些调试时间。 总之，利用WEBENCH
工具设计是非常好的，开发时间端，使用的电源芯片效率高，可以根据不同的需要来进行设计，方便了大家的选择。这就好像，在以前，到集市上买个东西，问三问四，费了半天劲，才能买到一个还算满意的东西。有了超市后，想买啥直接到相关区域就可以买到了。一句话，TI WEBENCH在线设计工具就是一个电源超市！
【附件】
1、高性能TMS320VC5416+CPLD数据采集卡电源设计.pdf
高性能TMS320VC5416 CPLD数据采集卡电源设计.pdf
(1.3 MB, 下载次数: 8)
2、设计报告
webench_project_1284796_239_367336500.pdf
(218.53 KB, 下载次数: 5)
提升卡
变色卡
千斤顶
1/10 
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