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紅外熱像儀是一種利用紅外探測器將看不見(jiàn)的紅外輻射轉換成可見(jiàn)圖像的被動(dòng)成像儀器，其對紅外圖像實(shí)時(shí)處理的特點(diǎn)要求配套DSP有很高的處理速度。而且，紅外設備熱敏性高，易受溫度等環(huán)境因素的影響，在不同的應用場(chǎng)合需要不同的處理方法。因此，一個(gè)穩定而可靠的電源系統是至關(guān)重要的。本系統采用了TMS320DM6437來(lái)實(shí)現電源系統，可根據環(huán)境的變化而采用不同的算法和參數。 根據TMS320DM6437的數據手冊，其需要VCORE (1.2V)、VDDR(1.8V)和VI/O(3.3V)三種電源，內核電源的最大電流為597mA，而I/O電源的最大工作電流是25mA。另外，還需考慮上電順序。同時(shí)，熱像儀的調焦電機需12V電源，其他IC選用3.3V器件，因此，整個(gè)系統需12V，3.3V，1.8V及1.2V四種電壓。 電源系統設計 TPS54350是具有內部MOSFET的高效 DC/DC轉換器，連續輸出電流為3 A時(shí)，支持輸入電壓范圍為4.5～20V，可使設計人員直接通過(guò)中壓總線(xiàn)(而非依賴(lài)額外的低電壓總線(xiàn))為DSP、FPGA和微處理器供電。TPS54350構成的DC/DC轉換器效率高達90％以上，非常適用于低功耗的液晶顯示屏、監視器、液晶電視機、硬盤(pán)驅動(dòng)器、視頻圖像卡以及9V或12V墻式適配器的負載穩壓裝置。TPS54350的輸出電壓可調低至0.891V（精確度為1%）；PWM 頻率固定為250kHz、500kHz或250～700kHz的可調節范圍，還具有完善的保護功能。因此，TPS54350符合系統設計要求。 1 TPS54350引腳功能 VIN：電壓輸入引腳，范圍為4.5～20V，必須旁路連接一個(gè)低等效串聯(lián)電阻(ESR)的10μF陶瓷電容器。 UVLO：欠壓閉鎖輸出。 PWRGD：開(kāi)漏輸出。該引腳為低電平時(shí)，表示輸出低于期望的輸出電壓值。 RT：頻率設置引腳。在RT引腳與模擬地（AGND）之間接一個(gè)電阻器來(lái)設置轉換頻率。將RT引腳與地連接或是懸空，可以來(lái)得到一個(gè)內部的備選頻率。 SYNC：雙向I/O同步引腳，當RT引腳懸空或置低時(shí)，SYNC為輸出；當它與一個(gè)下降沿信號連接時(shí)，亦可作為一個(gè)輸入端口來(lái)同步系統時(shí)鐘。 ENA：使能引腳，低于0.5V時(shí)，芯片停止工作；懸空時(shí)被使能。 COMP：誤差放大器輸出。 VSENSE：誤差放大器轉換節點(diǎn)，基準電壓值。 AGND：模擬地，內部與感應模擬地電路連接。與PGND和POWERPAD連接。 PGND：電源地，與AGND和POWERPAD連接。 VBIAS：內部8.0V偏置電壓，引腳要接一個(gè)0.1μF的陶瓷電容。 PH：相位，與外部LC濾波器連接； BOOT：在BOOT引腳與PH引腳之間連接一個(gè)0.1μF的陶瓷電容。 2 電路分析 ① 輸出電壓可調 TPS54350的輸出電壓是可調的，如圖1所示，通過(guò)改變電阻R2 的值來(lái)得到期望的輸出電壓值。R2的計算公式為： R2=（R1×0.891）/(V0-0.891) (1) 圖1中的輸入電壓為12V，為得到3.3V的輸出電壓，將R1取一定值1kΩ，此時(shí)根據公式（1）計算可得，R2＝374Ω。 圖1 12V轉3.3V/1.8V典型電路 表1為當R1為10kΩ時(shí)，幾種輸出電壓下R2的推薦值。 輸出電壓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的輸出電壓，將R12取1kΩ，則R7應為976Ω。 ② 設置上電順序 如圖1所示，產(chǎn)生3.3V電壓的U1的PWRGD引腳接至產(chǎn)生1.8V電壓的U2的SS/EN引腳。這樣，即使電容擊穿，在開(kāi)始上電時(shí)，產(chǎn)生3.3V電壓的U1輸出未達到閾值，PWRGD輸出低電平，產(chǎn)生1.8V電壓的U2處于關(guān)閉狀態(tài)，直至3.3V電壓穩定，這樣可確保3.3V先上電；掉電時(shí)，U1的輸出低于閾值，PWRGD引腳輸出低電平，U2的輸出關(guān)斷，保證1.8V先斷電。根據上述原理，在紅外熱像儀中采用一片TPS54350給DSP內核供1.2V電壓，另兩片54350分別給DSP外圍I/O提供3.3V電壓及1.8V的DDR電壓，設置上電順序為1.2V→3.3V→1.8V。 電壓監控與復位電路 在紅外成像儀系統中，由于視頻電路的高頻特性，開(kāi)關(guān)的電磁輻射和線(xiàn)路噪聲都將干擾電路的器件工作電壓。且DSP對工作電壓要求較高，偏差不能超過(guò) 5％，一旦工作電壓超出該偏差，長(cháng)時(shí)間工作容易縮短器件壽命甚至燒毀。因此，系統設計需要通過(guò)電壓監控電路實(shí)時(shí)監控器件工作電壓，確保系統提供穩定正常的電壓。 電壓監控電路工作原理：系統上電期間，監控器件的復位信號保持有效，使DSP始終處于復位狀態(tài)，一旦監控的電壓值達到規定的門(mén)限電壓，則釋放復位，DSP即可正常工作。在工作中，如果監控電壓低于門(mén)限值，監控器件再次發(fā)送復位信號使系統復位。 TPS3808是TI公司的一款具有低靜態(tài)電流、可編程延遲的監控電路。主要參數包括：輸入電壓范圍1.8～6.5V，上電復位可調整延遲時(shí)間1.25ms～10s，典型靜態(tài)電流2.4μA，高精度門(mén)限0.5％。 當TPS3808的SENSE引腳電壓低于門(mén)限電壓或MR有效時(shí)，復位引腳輸出復位信號，CT引腳用來(lái)設定復位延遲時(shí)間，若懸空延遲時(shí)間為20ms，通過(guò)電阻連接至VDD則延遲時(shí)間為300ms，也可通過(guò)電容接地，根據電容值的不同可將延遲時(shí)間設定為1.25ms～10s，電容值的計算公式如下： CT(nF)=[tD(s)-0.5×10-3(s)]×175 (2) 本系統采用TPS3808G12、TPS3808G18和TPS3808G33分別對1.2V，1.8V和3.3V電壓進(jìn)行監控，三者的門(mén)限電壓分別為1.12V、1.67V和3.07V，當輸入電壓低于門(mén)限電壓時(shí)，DSP就會(huì )收到復位信號，從而對電路進(jìn)行了保護。另外，TPS3808還具有一個(gè)手動(dòng)復位信號MR，可通過(guò)復位按鈕手動(dòng)復位。 圖2 TPS3808典型應用電路 結語(yǔ) 經(jīng)使用證明，以高性能DC/DC調節器TPS54350為核心設計的紅外熱像儀電源電路，能夠提供穩定精準的電壓，且能保證正確的上電時(shí)序。另外，電壓監控與復位電路使整個(gè)系統長(cháng)期穩定工作，同時(shí)也避免因電壓波動(dòng)而造成DSP加載異常。所以，本系統設計的電源系統也適用于其他DSP系統應用場(chǎng)合。 |
