文章目录

前言
硬件系统总体架构
时钟电路
- 内部振荡器
- 外部振荡器电路
- XCLKOUT
复位电路和看门狗电路
调试接口
中断、GPIO以及外设
- GPIO
- ADC
- 控制外设
- 通信端口
- XINTF
电源
- 数字电源与模拟电源
- 上电顺序要求
- 总功率要求和电压调节器选择
- 电气规范(F28335)
- - 绝对最大额定值
  - 推荐工作环境
  - 电流消耗汇总
Boot引导
旁路电容

前言

本文主要介绍TMS320F28335外围电路的设计方法。此设计方法为TI官方提供，实际应用中，可能要结合产品做微调。
本文主要参考资料：

Hardware Design Guidelines for TMS320F28xx and TMS320F28xxx DSCs
TMS320F2833x, TMS320F2823x Digital Signal Controllers (DSCs)
符晓,朱洪顺.TMS320F28335 DSP原理、开发及应用.清华大学出版社

硬件系统总体架构

时钟电路

时钟电路可以分成两种情况：

使用内部振荡器
使用外部振荡器

如下图所示：

内部振荡器

下图显示使用内部振荡器时，外部晶振的接法：

其中，C(Load)为有效负载电容。推荐使用基模并联谐振型晶体。其有效负载电容为12pF，ESR在30Ω到60Ω左右。其等效于，取C1=C2=24pF.C1和C2所需的实际离散值通常比计算的负载电容低5 pf，这是由于PCB连线和DSC输入引脚的杂散电容造成的。

外部振荡器电路

外部振荡器电路如下图所示：

需要注意：当前X1或者XCLKIN不用时，需要将其接地，否则可能造成DSP不能正常工作。对于F28335来说，3.3V的外部振荡器可以直接连接到XCLKIN端，同样的1.9V/1.8V的外部振荡器可以直接连接到X1。

XCLKOUT

DSP输出的时钟信号，可以通过寄存器关闭。此时钟的驱动能力为8mA，可以用作外部通用时钟，可以用于测试CPU主时钟是否正确工作。在初始时，其为主时钟的4分频，其可以被设置为主时钟的2分频。即使不用，这个引脚也不要接地。

复位电路和看门狗电路

引脚 XRS‾\overline{\text{XRS}}XRS 是DSP设备复位的输入引脚和看门狗电路的复位输出引脚。

对于热复位来说，低电平脉冲宽度需要8个晶振时钟宽度。
对于上电复位来说，需要延时100ms以上，以满足系统各种延时。
若发生断电，则在VDD达到1.5V之前，许将复位引脚拉低至少8us，以保证Flash的可靠性。
若看门狗复位，将会产生512个晶振时钟宽度低电平脉冲。

对于引脚XRS‾\overline{\text{XRS}}XRS，通常来说，普通的RC电路足够了。但是，若用集成芯片，则会提供更好的保护。

调试接口

标准的JTAG接口如下图所示：

如图所示，该接口包含了：

五个标准IEEE标准信号：TRST‾,TCK,TMS,TDI,TDO\overline{\rm{TRST}},\rm{TCK,TMS,TDI,TDO}TRST,TCK,TMS,TDI,TDO
两个TI拓展接口：EMU0,EMU1\rm{EMU0,EMU1}EMU0,EMU1
测试时钟返回信号：TCK_RET\rm{TCK\_RET}TCK_RET
电源和地

TCK_RET是测试时钟的返回信号，从仿真器输出进入目标系统。若目标系统不提供自身的测试时钟，目标系统将以TCK_RET作为测试时钟，因此，在很多系统中，将不会使用TCK信号。通常，将TCK_RET与TCK连接作为测试时钟。

TDO,EMU0,EMU1的驱动能力为8mA。

JTAG距离目标DSP的距离小于6英寸，最好为2英寸。若大于6英寸，则需要添加信号缓冲区。

信号	描述	仿真器状态	目标系统状态
EMU0\rm{EMU0}EMU0	仿真引脚0	输入	输入/输出
EMU1\rm{EMU1}EMU1	仿真引脚1	输入	输入/输出
GND\rm{GND}GND	地
PD(VCC)\rm{PD(VCC)}PD(VCC)	存在检测。这个信号说明仿真器已经插入且目标系统已经上电。连接到VCC。	输入	输出
TCK\rm{TCK}TCK	测试时钟。此信号由仿真器产生，可以用于驱动系统测试时钟。	输出	输入
TCK_RET\rm{TCK\_RET}TCK_RET	测试时钟返回	输入	输出
TDI\rm{TDI}TDI	测试数据输入	输出	输入
TD0\rm{TD0}TD0	测试数据输出	输入	输出
TMS\rm{TMS}TMS	测试模式选择	输出	输入
TRST‾\overline {\rm{TRST}}TRST	测试复位	输出	输出

如上图所示，在关键信号EMU0，EMU1，TRST信号上提供了上拉与下拉以抑制噪声。若信号噪声依然干扰比较严重，可以与上拉电阻或者下拉电阻处并联旁路电容(0.01uF)。

至于一个仿真器连接多个目标系统等硬件设计方式，可以参考官方文档。这里不再详述。

中断、GPIO以及外设

GPIO

若无特殊说明，GPIO的驱动能力为4mA。F281X最大的反转频率为20MHz，F280X和F28XXX的为25MHz。默认情况下，GPIO在系统复位时，被重置为输入状态。若GPIO闲置不用时，可以将其配置为输出且空置管脚，或者可以将其设置为输入状态且连接到合适的输入终端。

理论上讲，浮动的输入还是会造成能量的浪费。所以，对于不重要的输入端，可以将其定义为输出且保持浮动，以减少能量的浪费。一个更好的方法是将闲置的输入端连接在一起，并保持默认的输入模式。连接在一起的闲置输入端，可以根据需要配置上拉或者下拉电路。

ADC

确认这些组件值正确，且距离对应管脚的距离要小。

8通道的电源输入端可以设计为上图所示。
若使用运算放大器作为输入隔离是一个更好的选择。下图展示低频信号或者直流信号常用的ADC驱动电路。

其中，电容最佳值为30pF，电阻值选择与信号的带宽有关，但通常不超过100Ω。

注意：
ADCIN管脚的输入电压的取值范围为0-3V，偏离这个范围，将会获取错误的数字量。

如果想要更好的温度稳定性，就需要使用外部参考电压。其具体电路图如下所示：

若想要了解更多信息，可以参考官方文档。

对于不用的引脚，一定要接入到模拟地。以防止噪声影响到其他组AD的作用。
即使AD模块没有被使用，依然推荐保持AD模拟电源引脚的链接。具体连接方式如下：

VDD1A18/VDD2A18 – Connect to VDD
VDDA2, VDDAIO – Connect to VDDIO
VSS1AGND/VSS2AGND, VSSA2, VSSAIO – Connect to VSS
ADCLO – Connect to VSS
ADCREFIN – Connect to VSS
ADCREFP/ADCREFM – Connect a 100-nF cap to VSS
ADCRESEXT – Connect a 22-kΩ resistor (very loose tolerance) to VSS
ADCINAn, ADCINBn - Connect to VSS

若AD模块不用，可以关闭AD的时钟，以节约电源。

控制外设

这部分电路一般不需要提供上拉/下拉电阻。
这部分电路的频率比较高且电流比较大，布局时需要注意噪声影响。

通信端口

I2C和SPI通常在板内通信，连接控制器与外设。
- I2C和SPI通常可以直接使用。但是需要注意信号线的长度以及设定的通信频率。
- I2C的SCLA和SDAA管脚需要5kΩ的上拉电阻。
串口(SPI)和CAN通常是用于电路板之间通信，需要使用收发器。

XINTF

主要用于拓展系统存储，通常是RAM。
若与存储器相连接时，需要根据数据手册来判断是否需要添加缓冲器以保持高速访问。
若与慢速设备相连接时，需要使用XREADY管脚，以实现速度的协调。
使用XINTF连接外设时，需要将外设距离与DSP距离尽可能相近。

电源

F28XX/F28XXX设备包含多个电源供给，包括：

CPU核心供电(VDD)
I/O供电(VDDIO)
ADC 模拟供电管脚(VDDA2，VDDAIO)
ADC 核心供电(VDD1A18，VDD2A18)
Flash 程序电压(VDD3VFL)
地(VSS，VSSIO)
ADC模拟地(VSSA2，VSSAIO)
ADC模拟/核心地(VSS1AGND，VDD2AGND)

所有的电源管脚都连接，DSP才能正常工作。所有I/O相关的管脚电压为3.3V，核心电压为1.8V或者1.9V。

数字电源与模拟电源

如上图所示，为了避免数字信号干扰模拟电源的稳定性，需要将数字电源与模拟电源隔离处理。
对于大多数系统来说，模拟电路消耗的电源远远小于数字电路。因此，两者使用同一个电源供是能够提供足够的电流的。但是，需要将模拟电与噪声比较多的数字电隔离开。最简单的方法就是用电感之类的无源器件，这些器件可以滤除电路中的噪声成分。另一个更好的选择是铁氧体磁珠。其电气特性类似于电感，且其具有可忽略的寄生电容，和很小的直流电阻。在噪声比较严重的环境，可以考虑数字地和模拟地用不同的电源供电，但是此时需要密切注意的是，数字地可能会给模拟地带来耦合噪声。

上电顺序要求

要求VDD管脚通电时间早于或者等于VDDIO通电时间，以确保VDD管脚到达0.7V的时间比VDDIO的时间要早。否则，IO管脚的输出缓冲器可能在DSP内核通电之前导通，引发引脚输出错误。

另外推荐所有输入引脚的导通电压(0.7V)应该施加在DSP上电之后。否则，可能产生不可预知的后果。

总功率要求和电压调节器选择

计算总功率时注意：

上电时由于电容充电，需要额外电流
PWM切换电平需要更多的电流
若是使用内部Flash固化程序，则需要提高多余的电流消耗(大约200mA)。

如要计算总电流，则将数据手册中各个模块的最大电流相加即可。将所有的GPIO视为满载输出。考虑满裕度时的消耗，再将该值乘2来选择我电压调节器

电源调节器的噪声应该很小和更高的电源抑制比。 ADC的电压分辨率为0.732mV。

线性电压调节器(LDO)相比于开关电压调节器(DC-DC)拥有更低的噪声和更高的电源抑制比(PSRR)，且对于负载的变化有更快的响应。但是，其效率更低，且若去耦电容过大，系统会不稳定。

电气规范(F28335)

绝对最大额定值

超过表单数据工作，将会损坏元器件。上述数据只是应力额定值，元器件并不可以长时间在额定值下工作。长时间在最大值下工作，将会影响元器件的可靠性。
默认情况，所有的数据都是相对于VSS。
连续钳位电流为±2mA。包括模拟输入。
长时间高温下贮藏或者使用将会影响元器件的寿命。

电流消耗汇总

其余更多详细参数，可以参考官方手册<TMS320F2833x, TMS320F2823x Digital Signal Controllers (DSCs)>。由于官方手册名称和链接经常发生变化，所以，手册名称只是参数。链接也不再提供。

Boot引导

当设备复位时(上电重启或者热重启)，在执行设备初始化之后，引导加载程序将会检查GPIO状态从而决定启动模式。

上述所有GPIO都有内部上拉，因此，如果选择Boot to Flash引导方式，则无须为四个引脚外接控制电路。
调试过程中，可以使用仿真器对引导方式直接配置，无须关注引脚状态。

旁路电容

为了电路的可靠性，需要在尽可能靠近电源管脚的地方放置旁路电容。每一个管脚各放一个电容。旁路电容的典型值很小(10nF-100nF)，低low-ESR工艺。
若需要更加精细的设计，可以通过以下公式，计算特定的旁路电容值：
Cbypass=Isurge/(2×π×fnoice×Vripple)C_{bypass}=I_{surge}/(2\times \pi \times f_{noice} \times V_{ripple}) Cbypass=Isurge/(2×π×fnoice×Vripple)
其中：
IsurgeI_{surge}Isurge：浪涌电流
VrippleV_{ripple}Vripple：纹波电压
fnoicef_{noice}fnoice ：噪声频率

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