机载TMS320C6678多核DSP电源转换电路设计

李乔杨+李洋+熊凯健

摘要：TMS320C6678多核DSP芯片电源电路设计复杂，其内核电压一般使用SmartReflex电路提供，这对印制板的布局和后期的调试工作带来很多限制，不能满足机载环境中高可靠性、可制造性的要求。对于TMS320C6678芯片的供电需求，本文提出了一种适合在机载嵌入式环境使用的电源系统设计方案。该设计中全部采用开关电源实现芯片供电，可以满足TMS320C6678多核DSP芯片供电要求，提高了产品的可靠性和可制造性。

关键字：TMS320C6678；SmartReflex；开关电源

1 引言：

TI公司的TMS320C6678多核DSP芯片具有高性能、低功耗、接口丰富的特点，能够适应机载数字信号处理发展的要求，在机载嵌入式领域应用前景广阔。TMS320C6678芯片内核电压范围为0.9V-1.1V，可以采用SmartReflex技术动态调节芯片内核电压，提高性能功耗比。内核电压供电电路通常采用数字PWM控制芯片配合电源驱动芯片组合设计。这种供电电路设计复杂，在实际使用中降低功耗效果有限，对印制板的布局和后期的调试工作带来很多限制，不能满足机载环境高可靠性和可制造性的要求。

本文以TMS320C6678多核DSP芯片供电系统为研究对象，提出了一种输出稳定电压的TMS320C6678多核DSP芯片电源系统设计。该设计通过开关电源芯片输出稳定的内核电源电压，使用调节配置电阻、电容配置上电顺序。该设计能够满足TMS320C6678多核信号处理模块电源需求，在机载嵌入式领域有广阔的应用空间。

2 TMS320C6678供电需求

2.1 TMS320C6678

TMS320C6678是德州仪器（TI）公司全新架构的TMS320C66x数字信号处理器（DSP）。该DSP基于新型KeyStone多内核SoC架构实现，内部集成了8个TMS320C66x DSP CorePac。单核最高工作频率1.25GHz，单核可实现40GMAC/Core的定点处理和20GFLOP/Core的浮点处理能力。TMS320C6678 DSP支持320GMAC定点处理和160 GFLOP的浮点处理能力。

TMS320C6678处理器集成了丰富的高速接口，包括72bit DDR3存储器接口，最高支持DDR3-1600；4x模式的Serial RapidIO 接口，支持V2.1规范，最高工作频率5 Gb/s；2x模式的PCI Express接口，支持Gen2规范，最高工作频率5 Gb /s；高速HyperLink接口，支持最高50 Gbaud的传输带宽； 2个SGMII的Gbe千兆以太网接口；基于包加速（ Packet Accelerator）的网络协处理器等。

2.2 TMS320C6678供电要求

为了保证处理器和接口的正常工作，TMS320C6678要求提供13种电源，并且对电源的电压、电流和上电顺序等提出了严格的要求。如表1所示。

供电电路采用外部+5V电源供电，TMS320C6678芯片需要多种供电要求的供电电压。SmartReflex内核电压CVDD，电压范围为0.9V-1.1V；內核电压CVDD1为1.0V；VDDT1/VDDT2为处理器高速接口的端接电压，工作电压1.0V；DVDD15为处理器DDR3接口功能的供电电压，工作电压1.5V；VDDR1/VDDR2/VDDR3/VDDR4为处理器高速接口SerDes供电电压，工作电压1.5V电压；DVDD18需要1.8V工作电压；AVDDA1/AVDDA2/AVDDA3为内部PLL的供电电压，需要1.8V工作电压。VREFSSTL为DDR3的参考电压，0.75V。

上电顺序，TMS320C6678 DSP支持两种方式：

（1）CVDD→CVDD1，VDDT1-3→DVDD18，AVDD1，AVDD2→DVDD15，VDDR1-4

（2）DVDD18，AVDD1，AVDD2→CVDD→CVDD1，VDDT1-3→DVDD15，VDDR1-4

3 设计方案

根据以上的分析可以看出TMS320C6678芯片供电种类多，供电电流大，供电要求复杂。为了保证芯片的正确工作，本文对按照芯片需求将供电电源分为4个部分设计，独立输出，减少不同电源之间供电的耦合，便于PCB布局布线和后续的硬件调试。

根据TMS320C6678芯片电源上电顺序要求，本文按照第一种顺序进行电源电路设计，见图1：

4路电源上电时间通过电压转换芯片独立调节，满足处理器芯片需求。具体设计如图2所示。

3.1 内核电压CVDD

芯片内核电压CVDD，电压范围为0.9V-1.1V，本文采用LTM4600芯片转换电路将+5V直流电源转换为内核电压1.0V，稳定输出电流10V。如图3所示。

LTM4600电源转换电路最高能够提供10A连续电流和14A峰值输出电流，采用小体积的15mm×15mm LGA封装，4.5V至20V的宽输入电压范围，输出最低电压为0.6V，具有短路和过压保护功能。可以调节LTM4600芯片Run端接电阻和对地电容获得合适的上电时间，能够满足芯片内核电源需求。

3.2 CVDD1/VDDT1/VDDT2

CVDD1为核心供电电压内存排列，固定输入1.0V；VDDT1为HyperLink供电，工作电压1.0V；VDDT2串行千兆位以太网（SGMII）/串行高速接口（SRIO）/快速串行总线（PCIe）接口电源，供电电压1.0V，这三种电源可以使用相同的上电时间。

本文采用LTM4600芯片转换电路将+5V直流电源转换为内核电压1.0V，输出电流10V。可以调节LTM4600芯片Run端接电阻阻值获得合适的上电时间，能够满足芯片CVDD1/VDDT1/VDDT2电源需求。

3.3 DVDD18，AVDD1，AVDD2

DVDD18为接口电源，工作电压1.8V；AVDDA1/AVDDA2/AVDDA3为芯片内部PLL锁相环的供电电压，工作电压1.8V。

考虑到电源转换效率，本文采用TPS74401RGWR芯片电源转换电路将3.3V直流电源转换为1.8V使用，TPS74401RGWR电源转换电路最大输出电流为3A，满足芯片1.8V电源需求。3.3V电源由LTM4600芯片转换电路提供。在此不再介绍。

3.4 DVDD15，VDDR1-4

DVDD15为处理器芯片DDR3 SDRAM接口功能的供电电压，工作电压1.5V，VREFSSTL为DDR3的参考电压0.75V；VDDR1/VDDR2/VDDR3/VDDR4为处理器高速接口SerDes供电电压，供电电压1.5V。

DDR3存储器采用1.5V供电，所需VTT、VREF信号与1.5V电源信号要有严格的时序要求，在本文中此部分電源转换电路由TPS51116电压转换芯片和外围开关电路（HI-8591PST、HI-8570PST）组成，将5V电压转换为1.5V、0.75V。

4 结束语

对于TMS320C6678芯片的供电需求，本文在提出了一种适合在机载嵌入式环境使用的电源系统设计方案。在满足芯片电流、电压、上电顺序方面要求的同时，显著降低了电路复杂度，方便了PCB布局布线和后期硬件调试，提高了产品的可靠性和可制造性。有利于产品批量生产，有推广意义。

参考文献：

[1]Arnon Friedmann.TI' s New TMS320C66x Fixedandfloating-point DSP Coreconquers the‘Need for Speed[EB/OL].[2011-12-20]http： / /www.ti.com.

[2]Texas Instruments Corp.TMS320C6678 Multicore Fixed andFloating-Point Digital Signal Processor（SPRS691E） [EB/OL].[2014 - 3 - 21]http： / /www.ti.com.

[3]Texas Instruments Corp. Hardware Design Guide for Key-Stone I Devices（sprabi2c） [EB/OL].[2013-8-22]http：/ /www.ti.com.

作者简介：

李乔杨，工程师，研究方向计算机应用，中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，邮编710068

李洋，中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，高级工，邮编710068。

熊凯建，中国人民解放军解放军5720工厂，技术员，安徽芜湖，邮编241007。