概要
该项目的目标是设计一个高效电源系统，其输出电压(vout)可以数字调节。为了保证输出电压的精确性，采用数字闭环控制，用于修正失调、漂移和负载变化(最大至600ma)的影响。电路包括输出可调的降压型控制器、adc与dac、电压基准以及一个微控制器(mcu)。
在大多数dc-dc转换器中，位于fb引脚上的电阻网络可以调整转换器的输出电压(见图1)。在本文电路中，利用dac输出电压(vdac)改变电阻网路的基准电压，达到调整转换器输出(vout)的目的。adc检测输出电压，并将结果送入微处理器。微处理器调整dac输出，以控制系统输出电压达到预定值。为使电路尽可能简单，预设输出电压通过pc的串行通信口(rs-232)送入微处理器。这个系统在一些需要精确控制供电电压的嵌入式系统中非常有用。例如为asic、dsp或者mcu供电的电源，电源电压对应于处理器的工作速率。将供电电压调整到工作速率对应的最小电压，可以降低处理器功耗。
电路所需器件和开发工具
系统的主电源选择低静态电流、输出1.25v~5.5v可调的降压型调节器max1692，它可以提供最大600ma的电流。max1692评估板提供了一个经过验证的电路布局和推荐输入电容、输出电容和电感量。max1692反馈引脚电阻网络的偏置由低功耗、12位dac提供，max5302可以提供2.5ma的负载驱动。dac基准电压为2.5v。电压调节器输出电压由低功耗、12位adc(max1286)读取， max1286能自动关断，可以在转换之间减少电源消耗。adc基准由高精度5v电压基准max6126 提供。adc和dac均采用spi口通信。高精度电压基准包括输出检测和地检测引脚，将其连接到adc的基准和地引脚。这样可以保证adc具有最高准度的基准电压。
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图1 降压转换器调整vout使fb引脚的图1降压转换器调整vout使fb引脚的
微处理器选择高速的8051兼容微处理器ds89c420，使用32mhz晶体。该微处理器的绝大多数指令为单指令周期，可以运行在32mips。处理器可以由j1口在线编程(见图3)。ds89c420/430/440/450系列用户手册介绍了如何通过pc串行通信口，利用微软的超级终端(hypertermina)下载固件。处理器固件用c编写并可使用免费的sourceforge small devices c编译器(sdcc)编译。
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图2 供电系统的模拟部分产生一路负载可达600ma、1.25v~5v可调的高准确度输出电压
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图3 供电系统的数字部分需要一个稳定的5v电源(与模拟部分共用)，数字部分通过逐位控制的spi接口与dac、adc通信。串行收发器(u8)从pc接收vout设定值，j1提供mcu的在线编程。
模拟电路设计
为计算电阻网络中的r1、r2和r3 (见图2)，先假设流入fb引脚的电流(ifb)可以忽略(max1692规格表给出的最大值为50na)，设r2为49.9kω。fb引脚电压为1.25v，电流i2为25ma，远高于50na，证明忽略ifb的决定是正确的。最后，计算r1和r2：
(1)
dac输出电压(vdac)为最大值2.5v时，降压调节器的输出(vout)应该为最小值1.25v。代入式1：
第一项为零，得到r3为50 kω。当vdac 为最小值0v时, vout 应该为最大值5v。代入式1 ：
得到r1值为75kω。
adc采集vout并将其通过spi接口传送给mcu，形成闭环数字控制。
数字电路设计
dac和adc由逐位控制的spi总线和mcu通信。mcu是主器件，而dac和adc是从器件。mcu的5个引脚分别作为sclk、mosi、miso、csadc(adc片选)、csdac(dac片选)。总线上的器件共用sclk，为达到最高通信速度，使用32mhz的晶体供给mcu系统时钟。mcu通过pc串口接收vout值。max3311是rs-232收发器，将rs-232电平转为ttl/coms电平。
布局考虑
使用宽的引线连接所有无源器件(旁路电容、补偿电容、输入电容、输出电容和电感)与降压转换器。这些元件和fb引脚的电阻网络应尽可能靠近降压转换器，以减小pcb引线电阻和噪声干扰。降压转换器处需要大面积的覆铜，以降低ic在重负载下的工作温度。可以参考max1692评估板。为保持信号完整性，必须尽可能将模拟信号线和数字信号线隔离开。将dac和adc靠近降压器放置，用短线连接所有模拟信号。数字信号在另一方向连接到mcu。尽可能将电压基准靠近adc，提供电压基准的电压反馈线用较短的隔离线连接到adc的ref 和gnd引脚，以保证adc的转换精度。
必须确保mcu下方没有高速信号线。同时，32mhz时钟晶体尽可能靠近mcu的输入引脚。如同所有pcb布线一样，不允许存在90°引线转角，所有ic电源都用0.1μf陶瓷电容旁路，并且尽可能地靠近供电引脚安装。
软件
本系统mcu软件通过pc串口获取要设定的vout，对应由adc采样得到的降压转换器输出电压。由于mcu是8位总线，而adc是12位分辨率，将字节左移4位(相当于乘以16)，4位最低有效位置零。软件用c编写，可从maxim
