从图1可以看出,ULPD模块主要由复位管理器、FIQ管理器以及睡眠模式状态机组成.片内ULPD和OMAP5912芯片内部的复位产生模块以及芯片IDLE和唤醒状态控制器相连接.片外ULPD的复位管理器负责检测上电复位和手动复位,并将片内的复位信号输出;FIQ管理器专门用于检测电池电压,一旦出现电池电压低于或高于系统要求,或者电池电源质量不高(纹波较大、过冲较大、瞬间脉冲较大)等,FIQ管理器将中断系统工作;睡眠模式状态机负责检测和输出不同的工作方式,在不同的工作方式下将提供不同的电压和电流,从而降低系统功耗.共有3种睡眠模式:正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式. 2 系统硬件结构
较完整的手持设备系统主要由OMAP5912、TPS6501O、AD/DA、LCD、SDRAM、人机接口以及Flash组成.其硬件连接如图2所示.图中,DSP是核心控制单元;AD用于采集模拟信号,并将其转变成数字信号;DA将数字信号转换成模拟信号;人机接口主要包括键盘接口.Flash保存DSP所需的程序,供DSP上电调用.此外,使用DSP的HPI接口连接到PC机.
TPS65010和OMAP5912的连接是实现系统低功耗设计的关键,具体硬件连接如图3所示.TPS650lO可以提供OMAP5912所需的各种电压,但是核心运算单元需要的CVDDA以及重要外设需要的DVDD4由TPS7620l从Vmain电压转换得到.具体的TPS76201的硬件连接如图4所示.TPS7620l将Vmain的3.3V电压转换成1.6 V提供给OMAP,只要Vmain的电压不低于1.8 V,TPS76201都将稳定地输出1.6 V电压,以确保OMAP在任何情况下,即使是深度睡眠状态,核心运算单元和重要的外设都有稳定的电源保证.注意,如果不要求OMAP系统的低功 耗设计,CVDDA和 DVDD4可以直接连接到Vcore.
TPS65010的Vcore输出1.6 V电压提供给OMAP的其他核,这些核电压在低功耗状态下均可以降低到1.1 V.TPS65010的VLDO1和VLDO2输出2.75V电压提供给OMAP的其他外设,这些电压和常规的3.3 V存在一定的电压差,但不影响数据传输.一般情况下,高电平只要达到2 V以上就可以了;低功耗状态下,VLDO1和VLDO2都降低到1.1 V.使用2个LDO给不同的外设提供电压,是为了在Big Sleep状态下关闭某些外设并同时能够使能其他外设.如果不进行低功耗设计,可以使用同一个LDO提供电压.
TPS65010的I2C总线连接到OMAP,便于OMAP对TPS65010的寄存器进行设置.TPS65010的RESPWRON引脚连接到OMAP的Power_Reset引脚,上电复位后由TPS65010复位OMAP;TPS65010的LOWPWR引脚连接到OMAP的LOW_PWR引脚,OMAP进入低功耗状态由该引脚通知TPS65010,TPS65010将设定的各种电压降低,从而降低系统功耗.
4 OMAP5912的低功耗软件设计
OMAP5912有3种工作模式,分别为正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式.正常工作模式下,使能所有的内部时钟和外部时钟以及引脚,此时系统功耗最大,TPS650lO也按照正常工作方式供电.低功耗模式下,随时判断是否有芯片IDLE请求,如果有则进入Big Sleep模式.在Big Sleep模式下,进一步判断是否有外部时钟请求,并根据情况进入Deep Sleep模式. 在系统正常工作方式下,如果不需要进行低功耗设计,以上软件无需加入到应用程序中.进行低功耗设计时,就需要对OMAP的各种工作状态进行判断,要在应用程序中加入LOW_PWR信号使能、关闭DSP核、激活并设置唤醒事件、关闭ARM核、激活并设置深度睡眠等软件代码. 5 总 结
本文详细介绍了基于TPS65010和OMAP5912的低功耗系统设计.使用TPS65010的多个电源输出引脚给OMAP的不同单元供电,以便在OMAP的不同工作模式下改变电压输出,降低系统功耗.OMAP根据自身的软件运行情况,随时调整工作模式,并通知TPS65010,使得软件和硬件在低功耗设计上得到互通.该设计方法适用于各种对功耗要求较高的电子设备.
高级电源管理芯片FS1610及其应用
Fsl610是一款采用专利数字技术生产的高级电源管理控制器件,该器件可为数码相机、智能手机、个人PDA和笔记本电脑等移动设备提供完全可编程的电源系统解决方案.与传统的电源管理方法相比,FSl610能节约20～40%的PcB面积,此外,其完全可编程的专利数字技术.还能极大缩短研发周期.加快产品上市进程. 1 FSl610的主要功能
IS1610内部的电压检测主要针对的是FSl610芯片的供电输入,而器件的输出则包括8个高效开关电源和3个低功耗LDO,表l所列是其电源输出列表.需要注意的是,FSl610的输出电压和电流都会受到输入电压、电感、电容以及外部诸多元件因素的影响.
l 1电源输出
FSl610提供有8个开关电源.3个LDO电源和1个始终开启的电源.对这些电源输出的控制一般有三种方式:其一是通过外部的PWREN使能输人引控制;其二是通过串行命令在使用过程中根据具体情况进行控制;第三则是按照EEPROM中的设置程序来执行.
FS1610的电源输出主要用于降压转换、升压转换、白光LED驱动、低压差稳压、负升压转换和电池供电等.图I所示是用FSl610来驱动白光LED的驱动电路.
1.2电源输入
FSl610的供电电压范围是2.8～5.5 v.图2所示是S1610的供电输人以及AC适配器和电池之间的切换电路.其中VMAIN为主电池比较器输入,用来直接监测电池的状态;VIN为主电源供电输入;DBOUT用于断开电池的输出,将它连接到一个外部的P通道MOSFET,可当检测到电池的无电状态(DB)或者AC适配器有输入时,由该输出置位断开电池和主电源的连接;BATBU为备用电池输人,一般情况下,为了能使芯片正常操作,在BATBU输入引脚上一定要有电压;VBAT为始终开启的供电输出,可由内部开关控制,当SW[2]有效且稳定时,可将SW[2]连接到VBAT来提供电压;否则由BATBU给VBAT提供电压.
1 3其他功能
FSl610内有一个非易失存储器NVM(EEPROM),可用于保存启动的配置信息,这些信息包括通道电压、通道使能,禁止、个电源的开关顺序以及实时时钟、看门狗、中断等信息.
FSl610可通过晶体时钟提供实时时钟的操作.而其可编程报警器则可向CPU发出中断.FSl610片内还集成有一个看门狗定时器,可通过EEPROM编程设置,其定时时间达32s,时间间隔是1ms.但是,由于达到定时时间时,芯片就会复位,所以,为了避免这种情况的发生,主机必须在程序设置的定时周期结束之前,对WDT进行复位.
FSl610应由32.768 kHz晶振、或者具有合适的频率和电压的时钟源来为芯片提供内部时钟.而器件的CLKOUT输出引脚则能为外部提供32.768 kHz的输出.FSl610的nEXTON开关输人端一般连接到瞬间接触开关上,可用来控制芯片的开/关.FSl610分别为不同类型的处理器设计有两个复位输出nIRSTO和nRSTO,而手动复位输入nRSTI则主要用来启动一个硬件复位,以作为主机CPU的系统复位信号.
FSl610在需要的情况下可提供中断,并向主机发出警报.这些警报包括低电压,电源通道故障,RTC警报等.同时可以通过串行命令来对中断进行操作. 2 Fsl610的内部结构原理
图3是FSl610模块的内部结构示意图.由图可见,FSl610以电源管理控制器为核心,可为外部设备提供丰富的电源通道.另外,配合电源管理.FSl610还提供有非易失性存储器NVM、实时时钟RTC、看门狗定时器WDT、中断、复位等系统控制模块.
3工作模式
FS1610有两种操作模式,分别为串行模式和独立模式.FSl610芯片片可通过I2C、SPI和ART串口来接受主机的控制和管理,也可以在启动后根据EEPROM加载的参数独立工作.低功耗是FSl610的最突出优势之一.该芯片上的各个功能模块在不需要操作时都可以关闭.已进人休眠状态.FSl610会根据不同的环境条件在5种电源状态下自动切换,以使功耗最小化.这5种状态分别为:无电(NOPOWER)状态、关断(SHUTDOWN)状态(即SD状态)、就绪(READY)状态、工作(ACTIVE)状态、低功耗(LOWPOWER)状态.
设计时.可以对FS31610的多路电源进行灵活的配置和控制.除了对单个电源通道的开/关操作之外.还可以对电源通道进行分组,然后对各电源组进行操作.电源的启动和关闭顺序,也可以设置存储在EEPROM中,以便主机在操作的过程中来控制. FSl610对芯片提供有可能出现的各种故障的监测和管理.这些监测包括:受监测电源正常状态、电源通道故障、电池电压和备用电池监测、热关断、中断.此外,FS1610芯片还可根据EEPROM中的设置,对监测到的不同状态进行不同的操作. 4基于FSl6l0的导航仪供电系统
FSl610的多电源输出和电源管理功能在便携式设备中应用非常方便.图4是FSl610电源管理控制芯片在基于Sumsang公司的ARM9处理器S3C2440的导航仪上的供电电路.
根据系统的设计要求,该导航仪除了具有基本的GPS导航功能外.还需要高分辨率的液晶屏支持.为此,该系统选用的是LCD模块,该模块是已经包含了背光和控制电路的液晶屏,但需要+3.3 v和+5 v供电.表2所列出是该导航仪系统的电源需求.
由于该导航仪通常是采用电池供电,故需要最小化的功率消耗,而且要求各外设都要由系统控制.在图4中用FSl610对导航仪系统进行供电的电源分配方案中,需要注意的是,LCD背光需要400mA电流的+5v供电,而FSl610的升压电路不能提供这么大的电流,因此,设计时应用一个外加的升压电路来提供LCD的背光电源.