41TMS320F2812硬件设计

TMS320F28xx和TMS320F28xxxDSCs的硬件设计指南应用报告ZHCA065–2008年8月摘要TMS320F28xx和F28xxx数字信号控制器（DSCs）包括了多种复杂的外部设备，这些外部设备，都是在相当高的频率下使用，这些高频外设通常要和模数转换设备、低电压模拟信号设备进行连接。本应用指南是按照系统级的硬件设计来组织安排，包含了一些电路板布局设计的方案。因为在项目的系统调试阶段，发现硬件错误和进行调试是非常耗时，并且比较困难，所以利用这些通用的原型方案，可以避免一些电路硬件方面的设计错误，这样可以节省开发时间。在设计阶段有一些难点，主要和下面一些方面有关：时钟的产生、JTAG接口、电源供电、外围设备的接口等，特别要注意模拟输入与模数转换设备的连接、一般的输入输出连接、测试和调试、电磁的兼容性和冲突性问题等，在本指导书中，都涉及到了这些问题，并且在本指导书的每一部分中，都涉及到一些信号电路设计技巧和布线技巧。目录1简介22典型的系统和存在的问题23不同硬件模块的设计44原理图和布线设计235有关电磁干扰和电磁兼容以及静电释放事项276总结297参考文献30PradeepShinde图表1典型的TMS320F28xx/28xxx系统32选择输入时钟的方式43典型的晶振电路54F280x/F28xxx芯片和外部振荡的连接65XRS与看门狗的连接76JTAG口和目标板扫面线控制器的连接87JTAG引脚的连接(对于单一的基于F28x系统)98仿真器多处理芯片系统连接109仿真器级联连接1010模数转换引脚和TMS320F28xxx连接1211模拟输入阻抗(F28xxx)1312典型模数转换转换输入缓冲和驱动电路1313F281x外围模数转换参考原理图1514典型扫描接口连接原理图1715典型RS-232传送原理图1716数字和模拟分开供电1917推荐的晶体振荡布线2418电路分隔的建议方法2519数字地、模拟地和共享区域设计2620在直角处的正确和错误的弯曲走线方法27TMS320F28xx和TMS320F28xxxDSCs的硬件设计指南1ZHCA065–2008年8月–2008年8月表格114针JTAG标头信号引脚描述82TMS320F281x设备引导模式选择213TMS320F280x/F280xx设备引导模式选择224TMS320F2823xandTMS320F2833x设备引导模式选择22简介当前的数字信号处理芯片(DSP)具有高性能的CPU（时钟性能超过100MHZ）和高速先进外围设备，通过CMOS处理技术，DSP芯片的功耗越来越低。这些巨大的进步增加了DSP电路板设计的复杂性，并且同简单的数字电路设计相比较，面临更多相似的问题，比如:PCB板上的走线问题、悬空的一些引脚消耗不必要的电压、不同的处理内核和输入输出电压需要电源管理技术等。TMS320F28xx和TMS320F28xxx是C2000™DSP系列的成员，主要用来嵌入式控制应用。目前芯片的CPU频率在150MHz之下，将来的芯片可能会超过这个极限，这些芯片CPU频率将要在射频频率范围之内，这些都需要一个可扩展的调试设计。设计者如何访问BGA封装的芯片引脚？系统设计者为了帮助调试电路板上的单独块，需要做一些什么工作？并且甚至在电路板设计好之后，需要一个系统的方法去系统调试。本应用指导书从时钟电路、JTAG、标准外设接口、电源供电和相关需要、散热、调试、排线和电磁干扰开始讨论，精选了一部分作为应用，进行了讨论。许多TI的客户提出的许多问题，给本指导书打下了很好的基础。1目前型号的芯片细节数据手册比本指导书上的信息新。注释：典型的系统和存在的问题一个典型的基于C2000芯片控制或者是数据获取系统如图1所示，通常是交流电来供电，然而，也可以采用电池供电。具有代表性的是数字信号控制器被周围的电源管理电路、时钟产生/复位、信号条件电路（对于利用选择型的模拟输入）、利用宽的脉冲调制器进行控制输出的驱动电路、用户界面、串口收发器、外部存贮器、或者其它并行接口访问外部或者是通过I2C总线电路控制串口Flash和其它的支持电路包围着。2简介TMS320F28xx和TMS320F28xxxDSCs的硬件设计指南3ZHCA065–2008年8月�Power�Supply18External�MemoryHigh-CurrentswitchesActuators/Relays(FCE)Keypad/Display/LEDsOtherI/ODevicesExternalInterfaceto�DigitalI/O�Pins88VDDA18XINTFGPIO(Pins�Multiplexed�withSerial�Port,�PWM�andOther�Signals)VDD1.8�VVVDDA2DDAIO3.3�VAVVDDIODD3VFI3.3�VDPower�ManagementAny�OtherVoltage�RailsComm.�Transceivers(SCI,�SPI,�I2C,�CAN,�McBSP)SignalConditioningofAnalogInputs1616AnalogInputsAny�OtherAnalogSupply3.3�VVINCrystalor�Ext.OscillatorADCINAx/BxPLLResetCircuitXRS/WDTMS320F28xxxCom�Ports(XINTF)isavailableontheF2812andF2833xdevicesonlyBThemaximumnumberofsignalsforanyinterfaceisdevicedependent.Figure1.TypicalTMS320F28xx/28xxxSystemTMS320F28xx/F28xxxdevicesincludevariousonboardperipheralblocks.Thoughtheseperipheralssaveaddingexternalinterfacepartsandmakeitflexibletomeetthesystemlevelrequirementsfordifferentapplications,itischallengingtodesignthehardwaretooperatealltheseperipheralsandtheDSCtoachievethehighestperformancewithoptimumreliability.Therefore,designingacustomboard,whichshouldworkasdesiredonthefirstattempt,isarealchallenge.WiththeCPUfrequencyupto150MHz,therearemanyinternalfunctionalblocksonboardoperatingatvariousfrequencies.Anysignalabove10MHzcancreateasignalintegrityissueifpropercareisnottakenduringschematicsandlayoutdesign.Inaddition,therearelow-levelanalogsignalsonthesameboard.EMI/EMCandelectricalnoiseissuesshouldbeconsideredbeforestartingtheboarddesign.Overalldesignmustbedebugfriendly.Note:ThisreportconsidersthefamiliesTMS320F281x,F280x,F280xxandF2833xwhichareactivepartsatthetimeofpublication.Futurerevisionswillincludethedataonnewerparts.SPRAAS1A–August2008HardwareDesignGuidelinesforTMS320F28xxandTMS320F28xxxDSCs3SubmitDocumentationFeedback图1.典型的TMS320F28xx/F28xxx系统A外部接口尽在F2812andF2833x芯片上可以得到B外部接口上的最大数字是因芯片的不同而定.TMS320F28xx/F28xxx芯片包括了许多便携的外围设备，虽然这些外设存储增加了部分外设接口，并且很容易满足不同应用系统级的需要，但是，对于以操作所有外设为目的的硬件设计者，却带来了挑战，同时也给数字信号控制器想以最大可信度得到最好的性能带来了挑战，所以，要想设计一块满足要求的电路板是很不容易。随着CPU的频率上升到150MHz，有许多内部功能时钟需要在不同频率下工作。如果在原理图和布线设计阶段不采取一些措施的话，任何超过10MHz的信号都可能产生信号干扰问题。同时，由于在电路板上存在低电压的模拟信号，所以电磁的干扰和兼容，以及电磁噪声，在开始设计电路板时都要考虑到。再有，整体设计必须有利于友好调试功能。本指导书只考虑到了在当前出版物上比较常见的TMS320F281x,F280x,F280xx和F2833x系列，将来的指导书将要包括新的型号的芯片注释：典型的系统和存在的问题–2008年8月3HandlingofDifferentHardwareBuildingBlocks3.1ClockingCircuitOSCCLKPLLSTS[OSCOFF]PLLandAssociatedCircuitsCPU�Clock(SYSCLKOUT)XCLKIN3.3�V�Clock�Inputfrom�ExternalOscillatorOn-ChipOscillatorX1X2ExternalCrystal�orResonator3.1.1Internal(Crystal/Resonator)vs.ExternalOscillator3.1.1.1UsingCrystal/ResonatorasClockSourceHandlingofDifferentHardwareBuildingBlocks–35MHz.Theon-chipphase-lockedloop(PLL)canbesettomultiplytheinputclocktoprovideawidevarietyofsystemclockfrequencies.ThefrequencyoftheexternalclockfedtotheCLKINpincanbeashighasthemaximumfrequencyatwhichtheCPUcanoperate(SYSCLKOUT).