资源描述
DSP系统 电源 时钟 JTAG 周边器件,C6000 DSP系统设计,DSP系统构成,一个C6000 DSP要能够正常的运行程序完成简单的任务，并能够通过JTAG被调试，它的最小系统应该包括C6000芯片、电源、时钟源、复位电路、JTAG电路、程序ROM以及对芯片所做的设置。,最小系统组成,DSP系统功能框图,DSP,时钟： CPU时钟 EMIF时钟 外设时钟,Vcore,VI/O,电源： 电源供电 电源监视 系统监视 手动复位 看门狗电路,多处理器接口： 双口RAM（DPRAM） HPI接口 PCI接口,总线扩展 存储总线 外设总线 系统总线：复位、时钟、中断,DSP外部接口,CLKCPU,CLKEMIF,CLKI/O,数据,地址,控制,片上外设,RESET,电源,DSP系统需要的电源种类 数字电源和模拟电源 电源滤波 电源对PCB布局的影响 供电方案及器件选型 上电次序 电源监视与系统监视 电源电路实例,电源,TI DSP上有5类典型电源引脚： CPU核电源引脚 I/O电源引脚 PLL电路电源引脚 Flash编程电源引脚（仅C2000系列DSP有） 模拟电路电源引脚 （仅C2000系列DSP有） 将DSP上的所有电源引脚连到各自的供电电源上,给TI DSP供电,电源,数字和模拟部分独立供电,电源,从（有噪声的）数字电源产生模拟电源,被动去耦电路： 简单 对大多数应用已经可以满足要求,数字电源,模拟电源,被动滤波电路,数字地,模拟地,电源,从（有噪声的）数字电源产生模拟电源,多路稳压器提供更好的去耦效果 必须注意：模拟地和数字地必须连在一起,多路稳压器方法,稳压器B,稳压器A,+V,0V,数字电源,模拟电源,来自整流器,数字地,模拟地,电源,电源旁路滤波,旁路电容起电荷池的作用，以减少电源上的噪声 旁路电容一般采用瓷片电容 通常每个电源引脚加一个旁路电容，以平滑电源的波动,电源,电源对PCB布局的影响（1）,旁路电容,大电容,供电电源 滤波电容,反馈线,稳压器,电源,电源对PCB布局的影响（2）,旁路电容,大电容,供电电源 滤波电容,数字地,模拟地,数字电源 （没有显示）,反馈线,稳压器,电源,DSP系统电源方案,直流输入,线性稳压器,开关电源控制器,开关电源模块,优点：简单、成本低 缺点：效率低,优点：大电流、高效率 缺点：占地大,优点：高效率、方便 缺点：成本高,直流输出,直流输出,直流输出,5V,Vcore VI/O,电源,电源器件选型：步骤,用哪种类型的电源器件 输入电压 输出电压 输出电压是否可调 输出电压的路数 输出电流 控制状态：EN控制、PowerGood状态,电源,电源器件选型：常用器件（1）,线性稳压器： 双路输出 TPS767D318：5V 3.3V1.8V 1A1A EN TPS767D301：5V 3.3V可调 1A1A EN 单路输出 TPS76333：5V 3.3V 150mA EN TPS7333：5V 3.3V 500mA EN TPS76801：5V 可调 1A EN PG TPS76833：5V 3.3V 1A EN PG TPS75701：5V 可调 3A EN PG TPS75733：5V 3.3V 3A EN PG TPS75501：5V 可调 5A EN PG TPS75533：5V 3.3V 5A EN PG,电源,电源器件选型：常用器件（2）,开关电源控制器： 双路输出 TPS56300：5V 1.3V3.3V（可设置） 取决于MOS管 TPS5602：5V 可调节 取决于MOS管 单路输出 TPS56100：5V 1.32.6V（可设置） 取决于MOS管 开关电源模块： 双路输出 PT6931：5V 3.3V1.8V 5.5A1.75A PT6932：5V 3.3V1.5V 5.5A1.45A,电源,上电次序,CPU内核先于I/O上电，后于I/O掉电 CPU内核与I/O供电应尽可能同时，二者时间相差不能太长（一般不能1s，否则会影响器件的寿命或损坏器件）。 为了保护DSP器件，应在CPU内核电源与I/O电源之间加一肖特基二极管,电源,电源监视与系统监视,SVS：电源电压监视器件 主要功能：监测电源电压，当不满足要求时，产生复位信号 辅助功能：上电复位、手动复位、看门狗电路 常用的SVS器件： TPS3823-33,MAX706/MAX708：具有电压监测、上电复位、手动复位和看门狗电路 TPS3809K33：仅有电压监测和上电复位功能,电源,电源电路实例（1）,电源,电源电路实例（2）,时钟,基础知识 系统中哪些器件需要时钟 器件的时钟选项 时钟电路 时钟信号电气指标 时钟电路选择原则 使用C6000系列DSP片内PLL 时钟对PCB布局的影响,时钟,基础知识（1）,晶体Crystal 晶体谐振器的简称，是一种压电石英晶体器件，具有一个固有的谐振频率，在恰当的激励作用下，以其固有频率振荡。 振荡电路Oscillator 为晶体提供激励和检测的电路 晶振Crystal Oscillator 将晶体、振荡器和负载电容集成在一起，其输出直接为一方波时钟信号。 锁相环电路PLL（Phase-Locked Loops） 用于对输入时钟信号进行分频或倍频的电路,晶体,振荡电路,时钟,基础知识（2）：PLL,FVCOP = FREFQ FOUT = FVCON FOUT = FREF P（QN）,时钟,哪些器件需要时钟,DSP CPU时钟 EMIF时钟（仅C55x和C6000系列DSP） 串行通信器件 UART USB 音频视频器件 Audio Codec器件 Video Decoder和Encoder器件 ,时钟,器件的时钟选项,大多数器件片内均包含振荡电路，只需外加晶体和2个负载电容即可产生所需的时钟信号。也可禁止片内振荡电路，直接由外部提供时钟信号 TI DSP更提供多种灵活的时钟选项： 片内片外振荡器 片内PLL PLL分频倍频系数可由硬件软件配置 不同的DSP时钟可配置的能力可能不同，使用前应参考各自的数据手册,时钟,时钟电路：晶体,优点： 电路简单：只需晶体2个电容 价格便宜，占地小 时钟信号电平自然满足要求 缺点： 驱动能力差，不同给其他器件使用 频率范围小：20KHz60MHz 注意： 负载电容：配置正确的负载电容 C6000、C5510等DSP无OSC,晶体,时钟,时钟电路：晶振,晶振,优点： 电路简单 占地小 频率范围宽：1Hz400MHz 驱动能力强：可提供多个器件使用 缺点： 成本较高 频率生产时已确定，多个独立的时钟需要多个晶振 注意： 使用时要注意时钟信号电平，一般为5V或3.3V，要求1.8V电平的时钟不能选用，如VC5401、VC5402、VC5409和F281x,时钟,时钟电路：可编程时钟芯片（1）,时钟,时钟电路：可编程时钟芯片（2）,优点： 电路简单、占地小：可编程时钟芯片晶体2个外部电容 多个时钟输出，可产生特殊的频率值，适合于多时钟源的系统 驱动能力强：可提供多个器件使用 频率范围宽：最大可达200MHz 缺点： 成本较高，但对于多时钟源系统来说，总体成本较低 注意： 时钟信号电平一般为5V或3.3V 常用器件： CY22381（3个独立的PLL、3个时钟输出引脚）$1.4 CY2071A（1个PLL、3个时钟输出引脚）,时钟驱动芯片,1.Cypress, IDT公司的23xx系列: 2300, 2304, 2308, 23092.零输入-输出时延3.多路低偏移(low-skew)输出4.10MHz133MHz操作范围5.低抖动(low jitter),时钟,时钟信号电气指标,频率 信号电平 时钟上升时间和下降时间 高低电平脉冲宽度 占空比 驱动能力,时钟,时钟电路选择原则,系统中要求多个不同频率的时钟信号时，首选可编程时钟芯片 单一时钟信号时，选择晶体时钟电路 多个同频时钟信号时，选择晶振 尽量使用DSP片内的PLL，降低片外时钟频率，提高系统的稳定性 C6000、C5510、C5409A、C5416、C5420、C5421和C5441等DSP片内无振荡电路，不能用晶体时钟电路 VC5401、VC5402、VC5409和F281x等DSP时钟信号的电平为1.8V，建议采用晶体时钟电路,时钟,使用C6000系列DSP片内PLL（1）,时钟,使用C6000系列DSP片内PLL（2）,时钟,时钟对PCB布局的影响,用被动元件滤波方式给时钟电路供电，供电电源加10100F钽电容旁路，每个电源引脚加0.010.1F瓷片电容去耦 晶振、负载电容、PLL滤波器等应尽可能靠近时钟器件 在靠近时钟源的地方串接1050端接电阻，以提高时钟波形的质量,JTAG仿真接口,单片DSP仿真连接,JTAG仿真接口,多片DSP仿真连接,1. 244/245 2. 电子开关 3. UART 4. USB 5. PCI 6. 可编程逻辑器件,周边器件,244/245逻辑图,作用：驱动、总线隔离、总线隔离器、芯片保护、电平转换,244/245的作用,244/245的作用,244/245的作用,电平变换,为什么需要电平变换 DSP系统中难免存在5V/3.3V混合供电现象 I/O为3.3V供电的DSP，其输入信号电平不允许超过电源电压3.3V 5V器件输出信号高电平可达4.4V 长时间超常工作会损坏DSP器件 输出信号电平一般无需变换 电平变换的方法： 总线收发器（Bus Transceiver）： 常用器件： SN74LVTH245A（8位）、SN74LVTH16245A（16位） 特点：3.3V供电，需进行方向控制，延迟：3.5ns，驱动：-32/64mA，输入容限：5V 应用：数据、地址和控制总线的驱动 总线开关（Bus Switch） 常用器件：SN74CBTD3384（10位）、SN74CBTD16210（20位） 特点：5V供电，无需方向控制，延迟：0.25ns，驱动能力不增加 应用：适用于信号方向灵活、且负载单一的应用，如McBSP等外设信号的电平变换 2选1切换器（1 of 2 Multiplexer） 常用器件：SN74CBT3257（4位）、SN74CBT16292（12位） 特点：实现2选1，5V供电，无需方向控制，延迟：0.25ns，驱动能力不增加 应用：适用于多路切换信号、且要进行电平变换的应用，如双路复用的McBSP CPLD 3.3V供电，但输入容限为5V，并且延迟较大：7ns，适用于少量的对延迟要求不高的输入信号 电阻分压 10K和20K串联分压，5V20（1020）3.3V,244/245的作用,按总线宽度分：8位244/245，16位16244/16245，32位32244/32245 按制作工艺分：ALVC, LV, LVC, LVT, ALB, CBT等等，不同的工艺带来不同的特性，造成速度、驱动能力、功耗性能的差异、有的还考虑了信号完整性以及电平兼容性。,244/245分类,作用：多路复用、总线切换 参数：开关电阻值，pin-pin时延，开关切换时间,电子开关,UART,DSP系统中实现UART功能,C2000系列DSP片内已集成有UART功能 用McBSP模拟实现UART功能 外部扩展UART器件 通过SPI总线扩展：MAX3100（Maxim公司） 通过8位异步存储器接口扩展 PC UART：包含Modem信号 单通道：TL16C750FN（TI公司） 双通道：TL16C752BPT（TI公司） 四通道：TL16C754BFN（TI公司） 工业UART：无Modem信号 单通道：SC28L91（Philips公司） 双通道：SC28L92（Philips公司） 四通道：SC28L194（Philips公司） 八通道：SC28L198（Philips公司）,串口转换芯片MAX3111E,片内集成了RS232 Transceiver和UART 片内集成了电压泵 SPI/QSPI/MICROWIRE接口兼容,串口转换芯片MAX3111E,USB,DSP系统中实现USB功能,C5509 DSP片内集成有USB1.1功能 外部扩展USB器件 USB器件按传输速率分为： 低速：1.5Mbps 全速：12Mbps（USB1.1） 高速：480Mbps（USB2.0） USB接口组成： USB发生器：实现USB的电气连接（物理层） USB串行接口引擎SIE：实现USB底层通信协议（链路层） 微处理器：编程实现各种应用（应用层） 新设计的DSP系统一般选用USB2.0 Cypress公司是全球最大的USB接口器件的供应商，其产品系列最全，开发最方便 Cypress公司USB2.0器件按实现的功能可分为 USB收发器：链路层和应用层全由与之配合的处理器实现 CY7C68000 USB智能引擎：USB收发器SIE，与之配合的处理器只需实现应用层 CY7C68001 USB控制器：USB收发器SIEMCU，与之配合的处理器只需与MCU进行数据交换 CY7C68013 DSP系统中一般选用USB智能引擎或USB控制器,USB,DSP与CY7C68001接口,CY7C68001为智能USB外设，包含 FIFO接口，用于缓存USB端点数据流 命令接口，配置、查询USB状态 通过DSP的异步存储器接口实现,USB,DSP与CY7C68001接口,PCI,DSP系统中实现PCI功能,C6411C6415C6416和C6205 DSP片上已集成PCI接口 外部扩展PCI桥接器件 PCI桥接器件的组成： PCI总线：直接与PCI总线接口。不同的PCI桥接器件PCI总线部分基本相同 局部总线：与处理器或外围器件接口。不同的PCI桥接器件局部总线部分各不相同 PCI2040 16位通用局部总线：接口存储器或外围设备 4个8位16位HPI接口：与C5000或C6000系列DSP接口 只支持PCI的Slave方式 CY7C09449 81632位可配置的同步局部总线，局部总线工作在从方式 只能与微处理器接口，可与各系列DSP接口 支持PCI的Slave和Master方式,PCI,DSP与PCI2040接口,16KByte,Dual-Port,Memory,P,C,I,I,N,T,E,R,F,A,C,E,CY7C09449,PCI v2.2,32 bits,33 MHz,SELECT STROBE ADR14:1 WRITE READ ALE BE0 BE1 BE2 DQ31:0 RDY_IN RDY_IN RDY_OUT BLAST IRQ_OUT IRQ_IN CLKIN,DS STRB A15 - A0 R/W D31:0 RDY INT XF CLKOUT,CPLD,VCC, n,DSP,PCI,DSP与CY7C09449接口,其它小规模器件如门器件、触发器、锁存器、计数器、编解码器等一般可以用CPLD来代替。基于EEPROM编程器件，电擦除，电可编程，掉电不丢失程序，使用方便。 对实时性要求高的算法，可以用FPGA来实现。基于SRAM静态存储器，需配置芯片，多路电源，使用复杂。,可编程逻辑器件,
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