​DECA原理图之电源设计

liyingliang83

DECA原理图之电源设计
       当一个新鲜的开发板，由其是像DECA这样漂亮的开发板拿到手上，多数工程师第一件事就是迫不及待的上电，看着各色LED灯闪烁，很是激动。而我每次拿到一个开发板总是不敢贸然上电，必须得把原理图仔细研究明白才敢放心上电。这样一是可以更加熟悉开发板的各个细节，也可以从其设计中积累很多好的硬件设计技巧和思路。DECA拿到手中自然也是恋恋不舍的放到一边，先埋头看看原理图。
       MAX 10的电路设计与Altera的FPGA产品（现在应该叫Intel的FPGA产品）电路设计基本相同，各个功能电路等到调试逻辑时自然得看。我所关注的原理图设计主要是电源部分。分为3个部分看：器件、电源接口电路和上电控制。

• 1、器件
  

       凡是称作开发板的都是damn贵的。主要原因之一就是其上器件都是大品牌的硬货新货。就像这个DECA上面的丝印TI、ALTERA（难道还没来得及改成Intel）、Micron、Silicon Labs（居然没有给Cypress和ADI署名）。
       先来看看如下图1-1这个硬货，最大4A的输出电流，但是哪里好像不对呀，大大的电感呢？正式介绍型号EN6347QI，PowerSoC Voltage Mode Synchronous Buck PWM DC-DC Converter with Integrated Inductor。
                     
                                                                  图 1-1
原本是Enpirion,Inc.的产品，后来被Altera看上了，就收购了，再后来大家都知道的，就是去年的事。Enpirion,Inc.的产品特点就是高集成度，当然这也是Enpirion,Inc.电源设计技术的高超表现。这也解释了为什么我第一眼就觉得DECA如此漂亮，原来是没有了又大又丑的电感。
还有EN6337QI和EP53F8QI，这两个跟EN6347QI是一路漂亮货色。由此可见当年Altera也是对Enpirion,Inc.的产品如此青睐，以致据为己有了。

• 2、电源接口电路
  

       电源接口电路无非就是防反接、限压、限流、ORing、缓启、EMC设计……。体现在DECA上的具体设计包括防反接和限压。如图2-1，Q5是常见的PMOS防反接设计，防止J9上DC_5V反接。USB口的输入则采用二极管实现防反接。设计重点在5.45V限压。
                              
                                                                   图 2-1
  D9齐纳二极管BZX84C5V1的钳位电压最小值4.8V，当输入电压达到5.45V时，PNP三极管Q2的Vbe=-0.65V，达到了PNP基极和射极之间开启的最小0.65V（自己查Q2的datasheet）。Q2导通，则R95被短路过去，PMOS管Q3的VGS=0V，则Q3关闭，整个系统掉电了。

• 3、上电控制
  

       FPGA电路除了跟其互联的其他器件IO管脚有特殊要求外，本身没有上电时序要求。With the MAX 10 device hot-socketing feature, you no longer need to ensure a proper power-up sequence for each device on the board。DECA上是设计了简单的上电控制的，而这个设计也非多此一举，因为EN6347QI、EN6337QI和EP53F8QI可都是PowerSoC，也就是说内部有很复杂的控制逻辑，其本身供电就需要一个稳定的过程，所以DECA上这个使能延迟是必要的充分的和有意义的。
如下图3-1，在3.3V上电完成后延迟2.59ms后1.8V开始上电。下面就是来计算如何实现的2.59ms延迟。很多同志可能会笑话我，不就是个RC电路嘛。确实是个RC电路，但我强调的是简单的事情一定要做对，所以我就老老实实计算一下。
                              
                                                                   图 3-1
RC电路充放电时间计算，V0 为电容上的初始电压值，V1 为电容最终可充到或放到的电压值， Vt 为t时刻电容上的电压值。则：Vt=V0+（V1-V0）* [1-exp(-t/RC)]
图3-1中电容初始电压V0=0V，V1=3.3V，以上公式简化为Vt=3.3* [1-exp(-t/RC)]。再来看EP53F8QI上电使能的最小门限电压为1.4V（自己查datasheet），得：
1.4=3.3* [1-exp(-t/RC)]，再计算得t/RC=0.576，代入R=4.7K，C=1uF，结果t=2.59ms。
好了，可以放心上电了，等我来电吧……