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    引言

    由于TMS320F28x7x系列芯片内部集成了TMU(Trigonometric Math Unit)专门用于加速常用的三角函数和算术运算的执行,可以5个cycles以内得到正弦/余弦/正切等运算结果,因此TMS320F28x7x系列芯片的ROM中不再固化IQmathTables和相关三角函数。同时,在新的设计中我们更推荐用户使用TMU去处理三角函数运算。

    为了兼容基于IQmath的程序的移植,本文给出了基于TMS320F2807x的IQmath的移植方法。

    一.测试相关环境

    测试相关的软硬件环境如下表所列:

    CCS Version

    7.2.0.00013

    Compiler Version

    TI v16.9.3.LTS

    IQmath Version

    V1.6.0

    测试芯片型号

    TMS320F28075

    您可以选择任意示例工程,这里选择的工程为 adc_soc_epwm_cpu01,它的工程文件的目录为:

    C:\ti\controlSUITE\device_support\F2807x\v210\F2807x_examples_Cpu1\adc_soc_epwm\cpu01

    在CCS中import该工程后,右击工程,选择Properties,并打开Build Configuration下的Set Active,选择CPU1_FLASH,使程序在flash下运行。

    二. 工程修改步骤

    1.在新的工程中添加IQmath库文件,由于TMS320F2807x为浮点运算的芯片,所以选择IQmath_fpu32.lib这个库。

    2.在新的工程中添加IQmath函数库的头文件IQmathLib.h,并在原有工程中添加以下语句:

    #include "IQmathLib.h";

    以上两均添加好的工程的文件列表如下:

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    3.由于IQmathTables不再固化在芯片的ROM中,需要将这一部分的程序拷贝到FLASH中,则要修改CMD文件,增加了IQmath和IQmathTables的内存分配。这个CMD文件在TI官方的软件包controlSUITE中已经提供,地址如下:

    C:\ti\controlSUITE\device_support\F2807x\v210\F2807x_common\cmd

    选择2807x_FLASH_IQMATH_lnk_cpu1.cmd,

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    在FLASHB和FLASHC中专门给IQmath和IQmathTables分配了空间:

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    4.为了保持一个工程中仅有一个CMD文件,将工程中自带的Flash_lnk.cmd删除。

    右键工程文件,选择properties,在CCS Build下选择C2000 Linker,删除2807x_Generic_FLASH_lnk.cmd文件。

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    当然,您也可以选择修改原有的CMD文件,只要在FLASH中给IQmath和IQmathTables分配足够的空间即可。

    5.移植完成以后,在程序中添加IQmath函数的测试代码。

    首先在main函数前增加IQ格式的变量定义:

    _iq IQresult =_IQ(1.0);

    _iq IQsource;

    在main函数调用IQmath库中的任意函数,这里我调用了IQsin()函数进行测试:

    IQresult =_IQsin(IQsource);

    通过实际debug,计算结果与预期相符。

    三. TMS320F2807x Piccolo系列芯片在运算能力上的提升

    1. 浮点运算单元FPU

    FPU全称Float Point Unit,即浮点运算单元,是专用于浮点运算的处理器。在大多数现在的通用计算机架构中,会在CPU中集成一个或多个浮点运算器,但许多嵌入式处理器没有在硬件上支持浮点数运算。

    TMS320F2807x Piccolo系列芯片使用C28x+FPU的架构,在原有的C28x定点CPU的基础上加入了一些寄存器和指令,来支持IEEE 单精度浮点数的运算。对于在定点微处理器上编写的程序,浮点C2000也完全兼容,不需要对程序做出改动。

    下表给出了与定点处理器相比,浮点处理器在计算能力上的提升:

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    可见,与定点处理器相比,浮点处理器不但在程序编写上更加简洁,性能上也有了很大的提升,在进行除法,开方,FFT和IIR滤波等算法等指令中效率更高。

    2. 三角函数运算单元TMU

    与此同时,该系列芯片内部还集成了浮点三角函数运算单元TMU,它增强了C28-FPU的指令集。通过提供以单周期高效方式执行某些三角函数和算术函数的指令,减少了常见复杂函数运算的处理延迟,进一步提高了实时控制算法的性能。

    带有TMU单元和没有TMU单元的CPU在一些常见函数的执行周期的对比情况如下表:

    6ecae193bacb35e59b1e3f1900b0fc15.png

    TMU可以对许多常用的实时控制算法有极大的优化,常见的有以下几种:

    1.Park和Inverse Park变换;

    2.空间矢量控制;

    3.dq0和Inverse dq0变换;

    4.FFT幅度和相位计算。

    以Park变换为例,使用FPU来执行,通常需要80到100多个周期来,而集成了TMU单元的CPU仅需13个指令周期即可完成,与没有TMU相比,性能提高了85%。

    因此,针对复杂且对实时控制要求高的控制算法中,相信集成了FPU和TMU的TMS320F2807x Piccolo系列芯片是您非常合适的选择。

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  • 芯片产业链点击添加图片描述(最多60个字)编辑上游芯片设计:世界前三的设计公司为美国博通、高通、英伟达。我国这个领域实力不弱,有世界第五海思、第十紫光展锐,都属于高端通用芯片,但是没有上市。我国芯片...

    芯片产业链共包含五大领域:芯片设计、芯片制造、芯片封测、芯片材料、芯片设备。

    芯片产业链

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    上游

    芯片设计:世界前三的设计公司为美国博通、高通、英伟达。我国在这个领域实力不弱,有世界第五海思、第十紫光展锐,都属于高端通用芯片,但是没有上市。

    我国芯片设计领域的上市公司多以专用芯片为主,头部公司收入规模相较国外细分领域的设计龙头公司仍有较大差距,目前很多都在谋求转型发展,如果投资这类公司需要关注公司转型进展状况。

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    相关头部设计公司:

    摄像头CIS 芯片—韦尔股份

    功率芯片—闻泰科技

    存储芯片—兆易创新(龙头)、澜起科技、北京君正(收购北京矽成,其旗下核心资产为美国ISSI,ISSI的产品在车用存储器领域处于世界领先地位)

    射频芯片—卓胜微

    芯片材料:目前日本在此领域基本处于垄断地位,信越化学和三菱住友并称芯片材料领域双巨头。

    我国在此领域的上市公司主要涉及光刻胶、清洗液、高纯度靶材等环节,整体规避偏小,中高端产品基本没有国产厂商身影。

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    相关头部材料公司:

    靶材—江丰电子、阿石创、隆华科技、有研新材

    高纯试剂—上海新阳、江化微、晶瑞股份、巨化股份

    特种气体—雅克科技、华特气体、南大光电

    抛光材料—安集科技、鼎龙股份

    硅片供应—中环股份、上海新阳

    通用耗材—鼎龙股份

    清洗液—上海新阳

    光刻胶—晶瑞股份、容大感光、南大光电、飞凯材料

    芯片设备:美国、欧洲、日本三足鼎立,我国在设备行业的上市公司主要涉及氧化炉、扩散炉、离子注入机、刻蚀机等环节。

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    相关头部设备公司:

    核心设备公司(扩散炉、氧化炉)—北方华创

    刻蚀机—中微公司

    半导体膜厚度测量—精测电子

    测试设备—精测电子、长川科技、华峰测控

    高纯工艺系统—至纯科技

    中游

    芯片制造:国际三大制造巨头分别为台积电、三星、英特尔。

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    相关头部制造公司:

    主流通用芯片—中芯国际(港股)、华虹半导体(港股)

    非主流芯片—三安光电

    下游

    芯片封测:我国最强领域,在国际上已经拥有较强竞争力。长电科技、华天科技、通富微电封装技术能力较为全面,掌握了全球较为领先的先机封装技术。

    国内封测第一、第二、第三—长电科技、华天科技、通富微电

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  • 现在我们购买电脑时一个最重要的硬件就是主板了。作为承载CPU等主要硬件的平台,其最重要的功能就是连接外围设备,扩展计算机。但主板上也需要一个统一管理这些外围设备的芯片,而这就是芯片组(Chipset)。芯片组...

    现在我们在购买电脑时一个最重要的硬件就是主板了。作为承载CPU等主要硬件的平台,其最重要的功能就是连接外围设备,扩展计算机。但主板上也需要一个统一管理这些外围设备的芯片,而这就是芯片组(Chipset)。芯片组通过总线与CPU连接,通过芯片组这个“中介”,外围设备就可以实现与CPU的沟通了。

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    图片来自Unsplash

    而实际上芯片组的发展也基本是走过了PC发展的时间,从最早的4004开始,实际上就已经存在芯片组了,但那时更多的是因为CPU中只有运算功能,没有DMA控制器等,需要通过这些芯片来控制外围的输入输出设备。

    既然叫芯片组,所以在那时是由很多芯片组成的一整套控制系统,那时的芯片组主要作用是为提供DMA总线等功能设计的,但随着集成电路技术及计算机的发展,芯片组中的芯片数量逐渐下降、功能也在逐渐整合,发展到后来仅有两个芯片组成,这就是著名的“南桥”和“北桥”,而到了现在,由于部分I/O链接功能直接集成进入CPU,芯片组也变成了一个甚至出现了完整的SoC(System On a Chip),不过由于外围连接设备的数量并没有减少,所以在现代的主板上依旧存在一个I/O控制单元,与CPU连接提供一些常用的端口。

    x86处理器经过了这么多年的发展,在市场上主要就是英特尔及AMD两家,与这两家处理器搭配的芯片组也经历了很多年的发展,在那些年选购主板搭配芯片组时不少用户也没少学习研究,那么今天就来先盘点一下与英特尔处理器搭配的芯片组的变迁史。

    上古时代

    4004时代

    在最早的4004处理器时代,英特尔以及被授权的公司就为这款处理器设计过芯片组,不过由于处理器的功能简单,所以那时的芯片组主要为了扩充处理器的基本计算功能,包括4004处理器在哪,英特尔开发了MCS-4芯片组,这些芯片的组合也构成了第一个商用计算机。当著名的意大利物理学家Federico Faggin加入英特尔4004处理器团队后,他领导这个团队开发出了4004处理器以及整个MCS-4系列芯片。

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    图片来自WikiChip

    这一系列芯片都是以400x命名的,包括代号为“4001”的ROM芯片、“4002”的RAM芯片、“4003”的移位寄存器、“4008”地址锁存器、“4009” I/O接口以及最重要的4004微处理器组成。不过并不需要所有芯片才能组成一台计算机,实际上仅需要4001 ROM芯片和4004微处理器即可。

    8位处理器时代

    英特尔的4004处理器获得了成功,随后就推出了8位处理器8008及8080,英特尔为这两款微处理器及配合的芯片命名为MCS-8及MCS-80,尤其是对于8080微处理器来说,英特尔为这个系列的处理器配备了非常丰富的芯片,包括8228/8238系统控制器、8257可编程DMA控制器、8259中断控制器等一系列芯片组,这些芯片不仅扩展了整套8080处理器系统,甚至能提升整套系统的性能。

    16位处理器时代

    在1976年,英特尔推出了划时代的8086处理器,宣告了x86处理器时代的开启。英特尔也再次推出了包括8086处理器在内的MCS-86芯片组。MCS-86芯片组与此前针对8080处理器的MCS-80芯片组类似,都为一系列芯片组成,但这时英特尔在MCS-86芯片组中添加了一个具有重要功能的芯片,就是支持浮点运算的FPU,即著名的8087协处理器。而这一套系统依旧影响着现在的基础汇编。

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    图片来自THE CPUSHAKE Museum

    从这些离我们遥远的芯片可以看出,那时由于芯片的集成度不高,所以一个芯片主要负责一部分功能,所以那时的芯片组需要通过多块芯片共同组成。不过也正因为如此,所以那时的芯片组和主机板设计需要很强的灵活性,以搭配不同的芯片以满足不同的需求。

    而接下来从80186处理器开始,芯片组的设计就与现在的芯片组构成类似了,而且还出现了很多现今热门的概念。

    80x86时代

    进入80x86时代后,英特尔对处理器做了非常大的改进。在80186处理器中,英特尔将DMA控制器等集成在了处理器内部,处理器设计更复杂了,但这也使得外围芯片数量大幅减少,而这样的设计也有些类似于现在的高集成度的SoC设计。

    不过到了80286时代,由于处理器性能的提升,所以英特尔再次设计了一批与80286处理器配合的芯片组, 包括集成外部设备控制器(Advanced Intergrated Peripheral)芯片82091AA,提供软驱、并行接口、IDE控制器等一系列功能,82311、82320等一系列总线控制器等。

    在那时英特尔还授权了ZyMOS公司(后改名为Appian Technology)开发与80286/80386SX微处理兼容的芯片组。

    在这时芯片组的功能也发生了改变,从最早的4004时代,芯片组中的芯片还在为微处理器提供计算功能,到80386时代,芯片组的主要功能是为微处理器提供更丰富的外围设备连接能力,从这点上已经与现在的微处理器主板芯片组没有太多区别了。

    而到了接下来的80486时代,芯片组与处理器一同在硬件设计逻辑上发生了非常大的变化。

    420系列芯片组:现代芯片组的起始

    在80486处理器中,英特尔进行了很多的改进,包括在处理器内部添加数据缓存、在其中的型号提供浮点处理器等,在现代处理器中我们也能看到80486的革新。

    与80486处理器一同而来的,还有420系列芯片组,自此开始,与英特尔处理器配套的芯片组,就成为了主要扩充处理器外围设备连接能力的芯片了。

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    图片来自OS/2 Museum,图中为420TX芯片组

    420系列芯片组的首款产品叫做420TX,在1992年推出,代号为“土星”,这也是英特尔提供的首款支持PCI技术的芯片组,与处理器相连的总线为FSB(这个名字直到几年前都还可以听说,就是著名的前端总线),频率为33MHz。支持FPM(Fast Page Mode,快页模式)内存,最大支持容量为128MB。与其搭配的南桥芯片为SIO(Super I/O),为主板提供更多的端口。

    从这时主板芯片组就已经划分为“南北桥”了,,而且也算是划分了北桥与南桥的功能,不过这时还没有正式将这样的形式成为“南北桥”。不过北桥主要用于提供内存控制器等于微处理更相关的功能,而南桥则为提供一些低速端口的模式也几乎延续至今。

    而在随后英特尔在1994年推出了代号为白羊座的420EX及土星二号的420ZX芯片组,其中420EX芯片组采用了新的82425EX南桥芯片,FSB总线频率提高到50MHz,而且PCI支持也从1.0升级到了2.0,而420ZX甚至采用了PCI 2.1技术。

    420芯片组的组成形式也是未来较长的一段时间英特尔芯片组的主要形式,接下来奔腾时代的芯片组夜都市以这样的形式出现的。

    奔腾时代一:型号纷繁复杂,已有功能划分

    400系列芯片组依然为奔腾服务

    在1993年,英特尔正式推出了具有划时代意义的奔腾处理器,时至今日奔腾知名依旧在使用。为了与第一代奔腾搭配,英特尔也推出了代号为“Mercury”(水星)的430LX芯片组,从这时开始一款北桥甚至能够搭配多款南桥芯片,已提供不同的外围设备连接能力。

    430LX芯片组的FSB频率再次提升到了60/66MHz,支持的内存依旧为FPM,但最大内存容量支持也提升到了192MB。

    第一代奔腾处理器移植到1997年都在推出,所以在1997年英特尔也推出了第一代奔腾最强的,代号为“Triton II”的430XT芯片组,虽然前端总线维持在60/66MHz。而且430XT支持多种内存格式,包括传统的FPM、EDO(扩展数据输出)及SDRAM(同步动态内存),最大内存支持提升到了256MB,采用PCI 2.1,而且最重要的是英特尔在芯片组中提供了USB(通用串行总线)的支持。

    在第一代奔腾时期,英特尔还推出了奔腾Pro处理器,英特尔也推出了代号为“火星”的450KX及代号为“猎户座”的450GX芯片组,也可以搭配多种南桥芯片。最大支持内存也有了比较大的提升,450KX最大支持1GB的内存,不过依旧只支持FPM内存。随后的450GX支持最大的内存容量为8GB,而且还支持ECC校验。

    在1996年英特尔推出了440FX芯片组,与其搭配的也有PIIX3多种南桥。这个芯片组最大的特点就是支持了奔腾Pro及奔腾II处理器以及SMP(对称多处理器)技术。

    在1997年奔腾III处理器推出后,英特尔的芯片组中南桥芯片要规范了很多。不过根据用途及性能不同,英特尔也推出了很多款,而且这些芯片组一些可以使用多种类型的处理器,如440GX芯片组支持奔腾II、奔腾III以及志强处理器,而440BX还支持奔腾II、奔腾III赛扬处理器。而且到了这时候,如440ZX等芯片组已经支持了AGP(加速图形接口,Accelerated Graphics Port),用户可以添加采用这个接口的显卡增强计算机的图形性能。

    在20世纪末,笔记本逐渐流行起来,英特尔也顺势推出了支持奔腾II、奔腾III及移动赛扬的440MX芯片组,英特尔为这款芯片组进行了优化,以使其能够用在移动产品中。

    800系列芯片组大更新

    在1999年到2001年间,英特尔来了一次版本号的大跨越,推出了一系列8xx的芯片组。这个系列首款芯片组为810,代号为“惠特尼”,前端总线频率提升至66/100MHz,同时支持奔腾II、奔腾III及赛扬处理器,而且将南桥芯片换成了ICH(I/O Controller Hub)系列芯片。而810芯片组最重要的是在北桥中提供了英特尔740集成显卡以及一系列的图形图像功能,直接为计算机提供了一定的图形处理能力。

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    图片来自Wikipedia,图中为810芯片组

    在1999年,英特尔推出了820系列芯片组,而且再次带来了一个重要的改进,就是支持了RDRAM(Rambus RAM)。

    同时后来的840芯片组也支持超了RDRAM,但由于Rambus技术的成本较高,最终英特尔也没在使用它。

    在奔腾III时代笔记本电脑的兴起,英特尔也推出了几款针对笔记本产品的芯片组,这些芯片组在功能上大多与桌面平台的类似,但主要是支持移动赛扬及Pentium III-M等针对移动市场的处理器。

    奔腾时代二:奔腾四时代的混乱及发展

    800系列芯片组:横跨多个时代

    英特尔在2000年推出了奔腾四处理器,而且整个奔腾4时代经历了长达6年之久。所以在这期间英特尔自家的芯片组产品线比之前奔腾III时代还要混乱一些。

    在2003年之前,此时与奔腾四处理器搭配的主板代号还是以8开头,但从规格上要更强大了。在奔腾四初期,英特尔坚持使用RDRAM,所以在2000年级2001年推出的850芯片组合860芯片组几乎都针对高端平台,前端总线性能提升到400MT/s(每秒兆次传输速率),其搭配的ICH2南桥芯片支持UDMA 100/66/33速率的ATA接口,提供4个USB 1.1接口记忆6条PCI 2.2插槽。

    不过随后英特尔发现RDRAM并不好用,所以随后即时改进,推出了针对主流市场的845系列芯片组,这些芯片组同在2002年推出,但随着时间推移,功能、性能一直在增强。

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    图片来自Wikipedia,图为RDRAM上机

    这些芯片组中北桥的内存控制器都支持DDR或SDR(同步随机存储器)内存,而且前端总线规格再次升级,最高可到533MT/s,同时显卡插槽提升到AGP x4,支持性能更强的显卡。同时在一系列845芯片组中,英特尔将南桥芯片升级到了ICH4,此时ICH4已经开始提供USB 2.0接口了,而且一共提供了6个,同时PCI插槽也更新到2.3版。

    到最后的845GV、845GE芯片组,英特尔的芯片组开始支持更新的LGA775插槽的处理器了,随后推出的奔腾四处理器也能在采用新处理器插座的845主板上使用。

    在向着865系列芯片组过渡的过程中,英特尔还推出了一系列E7xxx系列芯片组,毕竟这些芯片组不是后续推出处理器最好的搭档,其中E7205芯片组支持奔腾四处理器,与ICH4南桥芯片搭配,支持ECC内存,而且显卡插槽提升到了AGP x8。

    随后865系列芯片组就正式登场了,成为奔腾4、DDR及AGP组合最强大的芯片组了。英特尔一共推出了5款865芯片组,其中相对高端是865PE,支持800MT/s的FSB总线,最高支持单通道DDR-400内存,提供AGP x8插槽。

    同时英特尔还推出了865G系列芯片组,G自然是代表支持集成显卡了。在这两款芯片组的北桥中,英特尔内置类Extreme Graphic 2集成显卡,但865G还提供了AGP x8显卡插槽,而865GV只能使用内置的集成显卡。

    到了英特尔推出Core 2处理器后,865G居然还存在于市场中。可见其兼容性之强了。

    对于笔记本产品线,英特尔也一直在推出新产品,自2002年到2005年也推出了多款芯片组,不过命名与桌面端并不同,在不同时期也有845或855为数字前缀的芯片组,整体命名更加混乱。从具体规格上看,如855GM等芯片组主要是支持移动平台处理器,前端总线一般为400MT/s,AGP变为x4或x2,相比桌面端规格要弱一些,处于主流水平。

    在这一时期英特尔推出了从ICH到ICH5等多款南桥芯片,当然由于推出刚好处于新技术更新较快的时期,所以到后来USB 2.0、SATA等技术都已经添加到这些南桥中。

    9系列:承接奔腾与Core 2,命名渐规范

    在奔腾四处理器后期,英特尔的芯片组编号终于从8xx变成了9xx,而这也预示着更多新技术的加入。

    915系列

    首9xx系列芯片组为915系列及925X系列,其中925XE最高端,这也是英特尔最后不支持Core 2处理器的芯片组了。

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    图片来自Anandtech

    在915系列芯片组中,英特尔推出的915P、915G以及915GV开始支持DDR2内存,而且开始支持PCI-E技术。在915G系列芯片组中,英特尔提供了GMA 900集成显卡。915系列芯片组搭配的南桥芯片为ICH6及ICH6R,在这时ICH6系列南桥芯片支持SATA技术,ICH6及ICH6R都提供4个SATA接口,但ICH6R支持AHCI技术和RAID技术。两款南桥芯片支持8个USB 2.0接口。

    945系列

    到2005年和2006年,英特尔推出了915芯片组的升级版945系列芯片组,其中945P、945G、以及最高端的955X最高支持1066MT/s的前端总线,同时全系芯片组支持PCI-E 1.0 x16插槽,同时如945G中内置的集成显卡升级到了GMA 950。

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    图片来自Anandtech

    而且南桥芯片再次升级至ICH7系列,提供了4个SATA 3Gb/s接口,同时除了ICH7外,系列中ICH7DH等型号都支持了AHCI技术,而且功耗也有所下降,相比ICH6的3.8W下降到了3.3W。

    同时针对Pentium M及Celeron M笔记本平台,英特尔也更新了与其是配的芯片组,提供了DDR2内存的支持,而且910GML、915GMS以及915GM中北桥芯片内置的集成显卡也升级到了Integrated GMA 900。945PM甚至也支持了PCI-E 1.0 x16接口。

    至此英特尔已经推出了所有奔腾四及以前处理器适配的芯片组。从接下来的几款945芯片组后,英特尔从芯片组层面正式开始为Core 2 Duo处理器提供支持。不过还是会有厂商提供老处理器的支持。

    在2005年推出的这些芯片组中,有一个特殊的存在就是975X,这款芯片组在规格上相比主流平台要更加强大。

    最初支持Core 2 Duo处理器的芯片组中,英特尔在2005年推出的是945GC、945GZ,从北桥功能及南桥芯片的搭配上,其实与其他的945芯片组并没有太大区别,不过作为更新的版本,如945GC可以支持DDR2 667内存,集成显卡升级为GMA 950。

    到2006年,946PL及946GZ正式推出,其北桥芯片中内置的集成显卡再次升级为GMA 3000,其他方面与945芯片组并没有什么变化。

    965系列

    至此还支持奔腾四处理器的芯片组已全部推出,到了Core 2时代,英特尔正式改变了芯片组的命名方式,改为“字母”+“数字”(主流平台,975X另当别论)的表示方式,通过不同的字母表示针对不同的规格及不同用途(消费级还是商用产品),数字表示目前世代以及同代中的等级。这样的方式更加直观,让用户在选购主板时更加清晰,让型号的辨认更加方便。

    所以在2006年英特尔推出了Core 2系列处理器后,与之搭配的965系列芯片组也正是推出,此时的芯片组以更清晰的命名方式进行命名,此后英特尔的芯片组也采用了这样的命名方式。

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    图片来自Anandtech

    965芯片组的代号为“Broadwater”,但此时英特尔处理器的内存控制器依旧在北桥芯片中,所以内存的支持种类还是需要芯片组中的北桥芯片决定。不过在Core 2时代,英特尔正式抛弃了DDR内存,使其只支持DDR2内存,同时最高频率可以到DDR2 800,而且最大支持内存容量提升到了8GB。但前端总线频率并没有提升,依旧保持在533/800/1066MT/s。新芯片组也全系(除了内置集成显卡的G965)支持PCI-E 1.0 x16,这也是这个时期开始流行的显卡插槽标准,可以让显卡拥有更快的数据传输速度。

    与965系列芯片搭配的南桥芯片更新为ICH8系列,这个系列开始全系提供SATA 3.0Gb/s接口,其中ICH8M(用于移动平台)提供三个SATA接口,ICH8提供4个,而ICH8R、ICH8DH及ICH8D8支持6个SATA接口,其中ICH8R支持多种RAID模式。USB 2.0接口数量也提升至10个。

    说到了965芯片组规格,其中P965为标准规格,支持PCI-E技术,提供x16及x4两个插槽。G965支持GMA X3000集成显卡,而且也支持PCI-E接口,不过不支持拆分。Q965在功能上与G965相同,不过集成显卡变成了GMA 3000,而“Q”也是指运用在商业及商用电脑上的。

    当然还有一个规格最低的Q963芯片组,它只提供GMA 3000集成显卡,没有PCI-E插槽进行扩展。

    30系列

    接下来到了第二代支持Core 2处理器的主板了,这次英特尔再次改变了命名,为“字母”+“两位数字”,其中两位数字中的高位为芯片组代数,而低位数字为规格。

    虽然再次改变了命名方式,但这次可以更好进行辨认了。

    所以P31及G31的规格最低,仅支持DDR2 667/800,最大内存容量仅为4GB,不过这次两款低端芯片组支持PCI-E x16 v1.1标准的插槽,使得即使是低端芯片组主板也有一定的扩展功能。不过这两款北桥搭配的南桥芯片为ICH7,所在外围设备的扩展上就要弱了不少。

    G33和Q33芯片组规格要比上面两款芯片组要好不少,集成显卡升级为GMA 3100。而G33甚至还支持DDR3内存。当然整套芯片组的提升也来源于南桥芯片的更新,英特尔为新系列的芯片组搭配了ICH9系列南桥芯片,ICH9系列南桥芯片在外围设备连接上再次提升,针对桌面平台的ICH9等型号可以提供高达12个USB 2.0芯片,而且ICH9R、ICH9DH及ICH9DO芯片支持更广泛的RAID功能。

    作为最高端的P35芯片组,英特人已经在内存控制器中支持DDR3内存了,而G35芯片组的集成显卡更新为GAM X3500。

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    而此时英特尔推出了一个特殊的型号X38,这也是英特尔时隔近两年后再次推出超规格的芯片组了。而从这时开始,英特尔现代高端平台芯片组就此开始延续。

    40系列

    在一年之后的2008年,英特尔推出了P45等新系列的芯片组,这些芯片组全系支持了DDR3内存,而且最大频率为DDR3 1333。同时新芯片组的前端总线支持到800/1066/1333MT/s,甚至部分采用P45芯片组的主板还支持1600MT/s的前端总线速率。

    65dc2c08737d738e64234bb8dd177b38.png

    图片来自Tom's Hardware

    而且此时P45、G45等芯片组还支持PCI-E 2.0技术,显卡数据交换速率再次得以提升。而且这次英特尔在有集成显卡的芯片组中一视同仁,都采用了GMA X4500集成显卡。

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    图片来自Tom's Hardware

    同时英特尔再次推出了X48芯片组,相较于P45芯片组,规格再次升级,前端总线正式支持1600MT/s的速率,而内存支持方面也能到DDR3 1600。

    南桥方面这一代的芯片组再次升级到ICH10,但这次ICH10系列南桥产品数量要少了一些,原因是这一代英特尔并没有推出用于移动平台的芯片组。这次的ICH10系列芯片组全系支持6个SATA 3Gb/s接口及12个USB 2.0接口,这也可以看做是ICH系列南桥芯片的最终体,因为接下来英特尔再次推出了全新的架构,使得“南北桥”结构发生了变化。

    在笔记本移动平台,英特尔在Core 2时代只推出了两代芯片组,就是965时代和x45时代,这两代芯片组与对应的桌面平台芯片组差别不是很大,但由于在移动平台使用,所以南桥上的外围设备扩展相较于桌面平台额要弱一些。第二代的GS45、GM45及PM45芯片组也支持了DDR3内存,不过最高频率要低一些。

    在相当长的时间里,英特尔都采用的是LGA 775处理器插座,所以在这么长的时间里,可以发现芯片组的更新情况并没有因为处理器的变化有太大的变化,在这个时期也会有厂商推出能够向上或向下兼容的主板。不过接下来英特尔更新处理器架构后,可能会因为处理器更新导致主板的更新。

    酷睿时代:南北桥变成PCH

    在2008年底正式开启的英特尔酷睿时代,除了内核架构等方面的大更新外,最重要的就是英特尔再次在处理器中集成内存控制器,同时将原来北桥甚至集成显卡(后来叫做核芯显卡)集成在处理器中,从此时开始桌面处理器也逐渐开始SoC化,原来的南桥芯片会提供更多的外围设备连接功能,同时也改名为PCH(平台控制器,从这之后将芯片组成为PCH)。

    50系列PCH时代:PCH正式出道

    英特尔第一代酷睿处理器采用了LGA 1156插槽,搭配P55等新PCH,处理器与PCH之间通过DMI( Direct Media Interface)连接,连接速率为2GB/s,同时P55、H57、Q57 PCH提供8条PCI-E 2.0通道,依旧提供PCI接口,SATA 3.0Gb/s接口有6个,同时这三款USB 2.0接口数量为14个。

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    图片来自Anandtech

    由于英特尔在第一代酷睿处理器中提供了核芯显卡,所以在H55、H57以及Q57 PCH中添加了FDI(Flexible Display Interface)功能,在主板上提供HDMI等接口, 通过处理器内的核芯显卡输出画面。

    60及70系列PCH时代:更换处理器插座

    在Core 2时代英特尔并不热衷于更换处理器插座,但自从酷睿时代开始英特尔更换CPU插座就开始频繁起来了。在第二代Sandy Bridge及第三代Ivy Bridge处理器,英特尔使用了LGA 1155处理器接口。

    而PCH规格数量也扩充了很多,6系列一共有7款PCH,7系列一共有6款PCH。这些PCH与处理器都是通过更快的DMI 2.0总线相连,最高传输速率为4GB/s。H61主板提供6条PCI-E 2.0通道,而剩下的6系列及7系列PCH都会提供8条PCI-E 2.0通道。

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    由于H61主板定位最低端,所以并没有提供SATA 6Gb/s的接口,但其他的主板开始提供SATA 6Gb/s的存储接口。

    在整个x6x系列主板中,英特尔还是没有为这些PCH集成USB 3.0控制器,所以主板厂商会通过在额外的USB 3.0控制器提供USB 3.0的支持。

    但从7系列芯片组开始,英特尔为全系PCH提供了4个USB 3.0。

    此时的英特尔处理器其中已经开始集成PCI-E控制器,第二代的Sandy Bridge在处理器中提供16条PCI-E 2.0通道,第三代的Ivy Bridge直接提供了16条PCI-E 3.0通道,可以与GPU直连。

    此时英特尔的处理器发展还是紧紧按照Tick-Tock战略有序进行,所以Sandy Bridge为Tock架构更新,而Ivy Bridge为Tick制程更新。所以这两代处理器插槽是相同的,所以有主板厂商通过升级BIOS使得6系列主板支持Ivy Bridge处理器。

    四代酷睿再换接口:PCH更新不大

    但在第四代Haswell处理器推出时,英特尔再次更新了处理器的插槽,变成了LGA 1150,所以英特尔再次推出了8系列PCH,相对于之前的7系列PCH,并没有什么大更新,依旧是提供更多的SATA接口及USB 3.0接口。不过这次英特尔对PCH型号做了缩减,实际上在Haswell及Haswell reFresh处理器中,主要为8系列PCH,9系列仅有Z97与H97两款。

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    技嘉GA-Z97X-SOC Force主板

    从提供的外部设备连接种类和数量上,8系列和9系列都开始提供更多的高速接口。SATA 6Gb/s最多提供了6个,同时USB 3.0接口最多也提供了8个。但PCI-E通道还是2.0版,H81提供6条通道,而其他的则提供8条通道。

    在这段时间中,英特尔也推出了四代的移动平台处理器及PCH,而在具体的规格上,与桌面版仅在SATA接口数量上有所区别,而其它接口方面几乎没有差别。

    200及300系列PCH:变化很小

    在第六代酷睿处理器推出后,英特尔再次更新了处理器插座,变成了LGA 1151 rev1。同时芯片组编号也再次变为“字母”+“三位数字”的组合,不过整体的命名没有大改进,同时型号规格上英特尔再次做了精简,100系列PCH有6款,而200系列PCH有5款。

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    微星Z270 Gaming M7主板

    在100系列中,最低端的H110与处理器的总线连接为DMI 2.0,而其他的PCH更新为DMI 3.0总线,与处理器的连接速度提升到了7.9GB/s。同时除了H110 PCH仅提供4个SATA 6Gb/s接口外,其他的100系列及200系列都提供6个PCH。而且H110提供的PCI-E通道仅为6条2.0通道,但从B150到Z270 PCH,英特尔提供了从6条PCI-E 3.0通道到最高24条PCI-E 3.0通道,大大提高了PCH的连接能力。

    而到了第七代酷睿处理器推出时,英特尔再次更新了处理器插座,虽然依旧为1151个引脚,但这一版的插座与之前的100系列和200系列的主板电气不兼容。

    而为此英特尔也推出了300系列PCH,但相对于100系列和200系列,300系列PCH改进并不多,在B360、H370、Q370及Z390 PCH中添加了一些USB 3.1 Gen 2接口。

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    同时英特尔并没有忘记移动平台,从100系列到300系列也推出了多款PCH。而具体规格上与桌面版也没有很多差异。

    番外:高端平台采用的芯片组

    实际上英特尔在整个处理器发展过程中时常在推出高于主流平台规格的芯片组,到了Core 2时代更加明显。在965时代英特尔已经推出了975X芯片组,而随后紧接着推出了X38、X48等一系列的高端平台,从X58平台开始,甚至开始有了HEDT的概念。而近几年的X99、X299也让这些芯片组/PCH更加受到关注,那么接下来就来介绍一下英特尔这些年的高端平台吧。

    X38/X48芯片组

    从规格上这两款芯片组区别并不是很大,X38芯片组已经能提供DDR3内存了,不过规格为DDR3-1333,而在那时已经出现的双显卡功能,所以这两款芯片组也支持2×PCI-E 2.0 x16插槽,为高端玩家提供更强大多显卡渲染能力。当时的Core 2 Quad Extreme正是需要这种高端芯片组的选择。

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    图片来自HotHardware

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    图片来自Anandtech

    X58芯片组

    英特尔在2008年推出了Nahalem架构的全新酷睿处理器,从一开始就提供了很强大的性能。英特尔在新处理器中推出了全新的QPI(QuickPath Interconnect)技术。通过这个互联技术,X58芯片组北桥与处理器连接,为整套平台提供了多条PCI-E 2.0通道,同时与ICH10/ICH10R南桥一起为处理器提供强大的扩展能力。

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    图片来自Wikipedia

    而这也可以算是现代英特尔顶级消费级平台的开端。

    X79芯片组

    自Sandy Bridge处理器开始,英特尔在处理器内部会集成多条PCI-E直连通道,所以对于X79平台,也从“南北桥”形式的芯片组变成了PCH形式。X79芯片组可以使用英特尔LGA 2011及LGA 2011-1插槽的处理器,所以可以使用Sandy Bridge-E等处理器。从这个平台开始,英特尔正式推出了HEDT高端桌面平台。

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    图片来自Wccftech

    X99芯片组

    在两年多后,英特尔再次推出了X99 HEDT平台PCH,这次虽然处理器插座针脚还是2011,但整个插座换成了LGA 2011-v3。新的HEDT平台支持属于Haswell架构的Haswell-E及Haswell-EP处理器,到了2016年,英特尔再次扩展了X99平台适用范围,以支持Braoadwell-E及Braoadwell-EP处理器。

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    图片来自Wikipedia

    对于X99 PCH本身来说,它通过DMI 2.0总线与处理器连接,提供8条PCI-E 2.0通道,而PCI-E 3.0通道则是由处理器提供,除此之外X99 PCH还提供了一些USB 3.0等外设接口。

    不过X99 PCH与处理器一起组成的平台还支持四通道内存,也支持英特尔的定向I/O虚拟化技术。

    X299芯片组

    又过了两年多英特尔再次推出了X299平台,相比之前的X99平台,此次的X299芯片组采用了22nm制造工艺,而且集成的PCI-E 3.0通道数为24条,USB 3.0接口的数量为10个,整体提升了HEDT平台的扩展性。而且支持的最大处理器核心数最高可达28核心,成为目前最强的消费级平台之一。

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    图片来自Anandtech

    芯片组集成度越来越高,未来何去何从

    从英特尔的芯片组发展过程来看,是与处理器一同发展,而且处理器的发展对芯片组的发展产生了重要的影响。从最初芯片组还在为处理器提供如浮点计算的功能,到现在处理器自身的SoC化,使得芯片组变成了为整套计算机平台提供扩展性的芯片。从目前的情况来看,未来芯片组依旧会存在,不过未来当处理器集成度更高时,说不定哪一天芯片组会从主板上消失了呢。

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  • 专业音频产品系统产品会使用到多种多样的运算放大器,ADC和DAC等器件,这些器件有时候不仅需要正电源轨进行供电,还会需要负电源轨进行供电(例如常见的负电压值有-5V,-12V和 -15V 等),且对供电电源轨的噪声也...
    专业音频产品系统产品中会使用到多种多样的运算放大器,ADC和DAC等器件,这些器件有时候不仅需要正电源轨进行供电,还会需要负电源轨进行供电(例如常见的负电压值有-5V,-12V和 -15V 等),且对供电电源轨的噪声也相当有要求。除了噪声要求之外,根据专业音频产品的形态分类,电源轨部分的设计还会考虑效率,PCB面积,成本等等因素。例如,带电池的产品中希望电源轨的高效率以延迟电池的使用时长;手持式/便携式产品中希望电源轨的外围电路尽可能的简单以减小PCB面积从而满足产品的体积要求。生成正电源轨的不同方案已经为大家所熟知,因此这篇博客主要跟大家分享一下不同的负电源轨生成方案,通过对比不同方案的优缺点,来帮助大家选择到适合自己产品的低噪声,高效率的负电源轨设计方案。目前市面上可见的几种生成负电源轨的方案有:电荷泵芯片方案,使用升压芯片结合电荷泵电路的方案,降压芯片VOUT与GND反接方案,反向BUCK-BOOST芯片方案以及反向BUCK芯片方案 。其中反向降压芯片方案为TI独家方案。1)电荷泵芯片方案:电荷泵芯片通常内部组成主要为电容和开关,通过开关的开启关闭来控制电荷泵内部电容的充放电(即开关电容)来产生负输出电压。以下为LM2776的内部结构示意图为例,在充电阶段,S1与S3开关闭合 (S2和S4开关为断开状态),开关电容被连接在输入电压与地之间, 充电电容被充电到输入电压VIN;在放电阶段,S2和S4开关闭合 (S1和S3为断开状态),此时开关电容的阳极接地,阴极接VOUT,若负载电流为0,VOUT即为-VIN。若负载电流不为0,计算VOUT的值还需考虑MOSFET开关的寄生电阻,电容的ESR以及电容充放电时的电荷损失等。b1034f9a6c30abed50ca9d4863b246b0.png电荷泵芯片产生负电源轨的外围电路也很简单,不需要电感元件,只需要几个常见的小电容,因此电荷泵芯片方案的成本也比较低。不过,在使用电荷泵芯片方案产生负电源轨的方案时,有两个点需要注意:
    • 电荷泵芯片产生负电源轨的方案能驱动的负载电流比较小,通常最大负载电流在200mA左右, 若驱动大电流负载,VOUT会急剧变化且芯片效率也会受影响。

    • 使用普通的电荷泵芯片产生的负输出电压的纹波都会比较大,若需要给运放等对纹波有要求的模拟器件供电,还需要在负输出电压后添加一颗LDO芯片,以提高PSRR, 降低纹波及噪声。

    为了解决电荷泵芯片产生的负电源轨纹波大的问题,德州仪器在LM2776的基础上发展出了内部集成了一颗负LDO的电荷泵芯片, LM27761。下图为LM27761的典型应用示意图:1e40ab15e0952bb41e322d1af91d8d44.png您还可以通过使用TI免费在线仿真软件WEBENCH来创建LM27761的定制设计,进行线上仿真,生成可导出的PCB文件及核算BOM。如下方为使用WEBENCH设计出来的LM27761参考电路,VIN=5.5V, VOUT=-5V, IOUT=50mA。3d94060f60b01ba73fd98ea5dba89741.png此外, 在某些应用中,例如耳机等,敏感的模拟负载需要两个供电电压:一个正电压和一个负电压, 且两个供电电源轨都需要干净。如果电源输入端(例如单节锂电池)上存在一些噪声,正电压处也需要一个LDO才能将噪声降至可接受范围。此时,LM27762是个不错的选择, 它的内部同时集成了正LDO与负LDO,能同时产生正负两个低噪的输出电压给敏感器件供电。下方是LM27762的典型电路, 更多应用及设计细节,您还可以参考TI的参考设计TIDA-01341 Hi-Fi 耳机放大器设计。0b57be9b00c56885f45f1ac905e25c18.png2)使用升压芯片结合电荷泵电路方案:该方法需要使用到一颗通用升压开关电源芯片及一个由开关电容和二极管搭成的电荷泵电路。如下是该方案的参考示意图,使用了一颗性价比较高的升压开关电源芯片,TLV61048。当TLV61048的内部开关断开的时候,SW引脚处电压为:(输出正输出电压-D1上的电压),开关电容被充电。当TLV61048的内部开关闭合的时候,电荷泵电路部分与TLV61048内部开关与地形成一个闭合环路,开关电容开始放电,负电压输出产生。如下方案中具体的电路设计及元器件选型可参考TI应用文档SLVAEJ3。54f821467e977e5e215c1934b78fd95d.png此种方案的优点是效率比使用电荷泵芯片的方案要高,不过与使用电荷泵芯片产生的负输出电压类似,它产生的负输出电压的纹波也会比较大。因此,在给对噪声敏感的元器件供电时,需要在输出的正负电源轨后方添加个LDO来提高PSRR及减少噪声。TPS7A39是一颗双通道,正负电压输入和正负电压输出,低噪声,高PSRR的LDO芯片,可直接连接在使用升压芯片结合电荷泵电路产生的正负电压之后。996e624f6026e623d8f91113ad56f61b.png3) 使用降压开关电源芯片VOUT与GND反接方案:使用降压开关电源芯片VOUT与GND反接的方法是最为常见的,只需使用一颗通用的降压开关电源芯片,把VOUT与GND反接即可。下方该方案的参考示意图中使用了一颗通用的TI降压开关电源芯片, 具有宽输入电压范围,内部环路补偿的TPS54x02家族芯片。在使用降压开关电源芯片VOUT与GND反接方案的时候,有几个点需要格外注意:
    • 在选择降压开关电源芯片的时候,应当确认该芯片的输入及输出电压的可承受范围范围以及考虑输出电流的可承受范围。当降压开关电源芯片被用作反向电源拓扑结构的时候,此降压开关电源芯片的输入范围会减小。

    • 当使用降压开关电源芯片VOUT与GND反接方案的时候,右半边平面零点会增加电路的不稳定性,为了避免内部环路补偿带来的影响,提高电路系统的稳定性,输出电容及电感的选择需要格外谨慎。

    详细的计算步骤可参考TI应用文档SLVA933以及TI的参考设计TIDA-01457适用于小型低噪声系统的 3V 至 11.5V 输入电压、-5V 输出电压、1.5A 反相电源模块参考设计。此方法产生的负电源轨纹波与所选择的降压开关电源芯片有直接关系,选择低纹波高性能的降压开关电源芯片,则产生的负输出电压也会比较低;若选用高性价比的通用降压开关电源芯片,纹波会比较大,建议给对噪声有要求的敏感元器件供电时,也接一个LDO。f191df1b469712654367d81b87e61a83.png4)反向DC/DC芯片方案:除了电荷泵电源芯片方案能直接使用单颗芯片来产生负输出电压,TI还有另外两个拓扑结构能直接生成负输出电压的单颗芯片方案:反向BUCK-BOOST芯片和反向BUCK芯片,其中反向BUCK芯片为TI独家芯片。反向BUCK-BOOST芯片推荐:TPS63700:-可调节输出最低至-15V-输入电压范围:2.7V至5.5V-最大可到360mA的输出电流-高达84%的效率-1.4MH固定频率PWM工作模式-过温保护90df5952659193a957aa7cc51a508cf5.png反向BUCK芯片推荐:TPS63710-输入电压范围:3.1V至14V-输出电压范围:-1V至-5.5V-输出电流为1A-效率高达91%-低噪声:22uVRMS (10Hz至100KHz)-1.5MHz 固定频率 PWM 模式-|VOUT| < 0.7 x VIN给对噪声敏感的元器件提供负电压轨时可直接使用TPS63710,不需要再添加额外的LDO芯片。f66e0f7ccba18c9eea6c926f30572670.png下图是使用WEBENCH线上仿真工具生成的TPS63710参考电路,VIN=12V, VOUT=-5V, IOUT=1A:021b38ad2b04ec8ce46318a55ed6687a.png总结一下以上四种主要的负电源轨生成方案,电荷泵芯片方案是最为简单且性价比较高的方案,但是适用于200mA以下负载电流的应用场景;反向BUCK-BOOST芯片方案可输出绝对值更大的负电压及满足更大的负载电流需求,它的效率也会比电荷泵芯片方案略高,不过单颗反向BUCK-BOOST芯片产生的负输出电压纹波及噪声较大,给对噪声敏感的运放等元器件供电时,需要添加额外的负LDO;反向BUCK芯片方案是效率最高的方案,且不需要添加额外的LDO即可产生低噪且纹波小的负输出电压。每个方案都有每个方案的优点,还需结合您产品的特性并加以斟酌。来源:德州仪器END

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    2018-04-09 21:46:47
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空空如也

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在ccs中添加芯片