嵌入式系统电源的设计与调试

　　随着计算机技术、半导体技术以及电子技术的发展，嵌入式系统以其体积小、可靠性高、功耗低、软硬件集成度高等特点广泛应用于工业制造、过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等众多领域。嵌入式系统硬件设计与调试是嵌入式系统设计成功的基础，而硬件电路中电源电路的设计与调试则是系统硬件调试成功的关键。本文从实际应用出发，结合在焊接机控制系统中嵌入式系统电源的设计与调试过程中碰到的一些问题，分析讨论嵌入式系统电源的设计与调试方法。

　　1 系统硬件结构

　　在基于嵌入式系统的焊接机控制系统设计中，以AT91RM9200作为系统核心微处理器，依据控制系统要求外扩了SDRAM、SRAM、Flash，键盘、液晶显示电路可进行实时参数调整、显示并在出错时报警，RS485串行接口完成数据传输通信，可进行红外遥控操作。系统硬件结构如图1所示。

　　图1 系统硬件结构框图

　　2 系统电源设计

　　2.1 系统电源工作原理

　　AT91RM9200是完全围绕ARM920T处理器构建的系统芯片。它有丰富的系统与应用外设及标准的接口，从而成为低功耗、低成本的嵌入式工业级产品。AT91RM9200提供了全功能电源管理控制器(PMC)，优化了整个系统的功耗，并支持普通、空闲、慢时钟及Standby工作模式，提供不同的功耗等级及事件响应延迟时间[1]。在空闲模式下，ARM处理器时钟禁用并等待下一次中断(或主复位);慢时钟模式是复位后选择的模式，在此模式下主振荡器及PLL关闭以降低功耗;Standby模式是慢时钟模式与空闲模式的结合，它使能处理器以快速响应唤醒事件，并保持较低的功耗。当系统正常工作时由外界直流电源供电并对电池充电，外电源断开时自动切换到内部后备电池供电。

　　2.2 电源电路设计

　　AT91RM9200有5种类型的电源引脚：VDDCORE引脚用于向内核供电，一般为1.8V;VDDPLL、VDDOSC分别给PLL或者振荡器供电，一般为1.8V;VDDIOP、VDDIOM分别用于给外设I/O口线、USB收发器以及外部总线接口I/O口线供电，一般为3.3V。此外，系统的键盘、显示电路的供电电压需要+5V电源。因此，本控制系统需要使用3组电源。通过对整个控制系统的控制要求和性能进行分析，确定本系统的负载电流大约为3A。因此，系统电源的稳压芯片选用了ON公司的LM2576系列稳压器，把外部直流电源稳压成系统需要的+3.3V和+5V电源。由于系统内核电源供电要求1.8V，因此系统应采用二级电源转换电路。本文选用TI公司的微功耗、极低压差PMOS稳压器(LDO芯片)TPS72518作为内核电源转换芯片，把+3.3V稳压成+1.8V，为处理器内核提供工作电源。系统电源电路如图2所示。图2中给出了嵌入式系统电源去耦等PCB设计方法。C3、C6是稳压芯片的电解旁路电容，在电路中接入它们能使电路稳定地工作;C2、C5、C8为输出稳定电容，对于减小输出纹波、输出噪声以及负载电流变化的影响有较好的效果，根据稳压器自身的工作要求，电容分别选用10μF、100 μF的电解电容。