核心器件: TPS3307－33D
 
    电源监控在高速电路板中的重要性

    电源在所设计系统的设备中可以说是最简单的器件，但却必须放在整机设计的最后考虑。为了保证整机的可靠运转，对供电系统的要求越来越高。

    在高速电路板中，例如视频处理卡，由于电路的高频特性，开关的电磁辐射和线路噪音都会干扰到达电路器件电压，即器件的实际工作电压。而现今的低电压、低功耗、高性能的芯片，如DSP芯片等对工作电压的要求非常高，一般都要求电压偏差不超过5%，若芯片的供电电压为3.3V，即电压偏差不能超过0.165V。否则，一旦工作电压超出这个范围，长时间工作容易缩短寿命甚至于烧毁。因此，在电路中需要通过电压监控电路来实现对电压的实时监控，以期电源能够为芯片提供合格而稳定的电压。

    TI公司TPS330X系列电源监控芯片

    TI已连续四年成为全球模拟半导体市场的领导者，在电源管理产品及接口方面保持着领先的地位。TI（德州仪器公司）在很早以前就发明了供应电压监控器（Supply-Voltage Supervisor，SVSs），并新近开发出TPS330x系列产品，这些产品结合了芯片内集成、省电结构设计和新的低电压选项，主要用于多种电压电路中系统芯片的供电电压监控，为用户提供高品质的电压。

    作为TPS33X－XX系列的代表，TPS3307-33D具有以下优良特性：
(1) 主要用于多电压处理器体系，可以为DSP等芯片提供三通道监控电路；
(2) 200ms固定延时的上电复位发生器，无需外部扩展电容；
(3) 电压温度补偿；
(4) 可提供2~6V的大范围电压；
(5) 可稳定工作在-40°C to 85°C。

       TPS3307-33D可监视两种独立电压，并且还可以控制另外一种电压，这种电压可以独立调整并内在与复位逻辑电路相连。其芯片管脚如图1所示。

图1 TPS3307管脚图

       其中，SENSE 1，SENSE 2，SENSE3分别用于监控第一、第二、第三种电压；/MR即Manual Reset，可连接一个外部复位触发设备来实现电路人工复位；/RESER输出低电平有效复位信号；RESET输出高电平有效复位信号。其内部电路模块图表示如下图2所示。

图2 TPS3307芯片内部模块图

       从图中可以看出，电压监控有内置晶振，核心部分非常稳定，并且具有温度补偿参考电压体系。第一、第二监控电压被内部电阻反压后与比较器的参考电压进行比较。SENSE 3管脚的输入电压直接与1.25V参考电压进行比较。基于TPS3307的一种典型的电压监控应用可以用图3的模块图表示。该电路可以同时监控2.5V、3.3V和5V三种电压。

       如果SENSE 3的输入电压为2.5V，经内置分压电阻分压后，通过计算门槛电压VIT－可以得知，SENSE 3可以很好的监控2.5V电压。具体计算过程为：

        这个值非常适合用于2.5V电源供电。 

图3 TPS3307应用方案

       该方案中的μC代表TMS320C6211、MSP430C325等微处理器。

       TPS3307－33D在DSP图像处理系统中的应用

       本系统是采用TI TMS320C6211芯片处理通过摄像头拍摄并经过A/D转换后的图像。DSP对图像进行压缩后，由DSP的HPI口通过TI的PCI2040芯片上传到上位机主板上，与上位机的PCI总线进行通信。系统设计中关键是视频处理卡的设计，由于市场上能够买到的视频卡一般功能都有限，不能满足本项目的需求，故自行设计一块视频卡。

       在视频卡设计中，电源模块设计非常关键，它直接影响着视频卡的最后实现和稳定运行。电源设计包括两个部分：供电系统和电源检测及上电复位系统。对供电系统来说，为满足系统需要，必须能够提供四种电源电压，分别为-＋5V、－5V、＋3.3V和＋1.8V。＋5V电源由外部提供，而其它供电电压需要自行设计。在选择5V－3.3V DC－DC电压泵时，考虑电流大小为：TMS320C6211的130mA、SAA7111A的150mA、EPM7128S的300mA、AM29LV800B的30mA、IDT72V215的2×60mA、MT48LC4M16A2的2×230mA，电流共需在1.2A左右，加上其它的一些电压转换芯片和接口芯片，考虑1.5A的供电电流。即供电电流必须大于1.5A。在选择5V－1.8V DC－DC电压泵为DSP供电时，供电电流要大于830mA。
    该系统中的电源检测及上电复位电路，是为保证系统在供电未达工作电压前，各器件不会处于不受控制的状态而设计的。该电路可以保证这些器件在系统加电的过程中，始终处于复位状态，直到各供电电压达到正常工作电压。另外当电平下降到门限值以下的时候，会强制芯片进入复位状态。

    本监控系统采用一片TI的TPS3307-33D作为电源检测IC。该器件定义在其供电VDD>1.1V时其/Reset即可输出有效的信号。如图4所示，在本系统中，该电路可以完成对5V、3.3V和1.8V三种供电电压的监测，并可以对系统的三种器件(C6211、EPLD和AT89C2051)同时进行上电复位和手工复位。

图4 TPS3307电源监控电路

       其中＋3.3V是TMS320C6211的I/O接口所需的电压，这是DSP外围接口电压，必须能够保持稳定、持续供电。其外接的SDRAM和FLASH ROM都是3.3V器件，若电压不稳，这些器件无法稳定工作，容易导致损耗甚至烧毁这些器件。

       ＋1.8V供电是为了满足TMS320C6211的CPU核心工作电压需要。对于TMS320C6211来说，其工作频率为150MHz，对电压的变化非常敏感。电压过高会使器件损伤，电压过低芯片会自动复位。