電源管理芯片的低功耗OMAP系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

電源管理芯片的低功耗OMAP系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制作工藝技術(shù)的不斷提高，使電路板上的器件運(yùn)行速度更快、體積更小。供電系統(tǒng)要求更多種類的電壓、更低的供電電壓和更大的供電電流。電源設(shè)計(jì)不再僅僅局限于提供電流、電壓和監(jiān)控溫度，還必須診斷電源供應(yīng)情況、靈活設(shè)定每個(gè)輸出電壓參數(shù)。普通的模擬解決方案難以滿足這些需求。數(shù)字電源的目標(biāo)就是將電源轉(zhuǎn)換與電源管理用數(shù)字方法集成到單個(gè)芯片中，實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換、控制和通信。

　　數(shù)字電源實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬技術(shù)的融合，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性，具備直接監(jiān)視、處理及適應(yīng)系統(tǒng)條件的能力。數(shù)字電源還可通過遠(yuǎn)程診斷確保持續(xù)的系統(tǒng)可靠性，實(shí)現(xiàn)故障管理、過壓過流保護(hù)、自動(dòng)冗余等功能。但是數(shù)字電源不比傳統(tǒng)的模擬電源效率更高，而且成本一般較高。目前數(shù)字電源需要大濾波器，這使其工作效率比模擬電源低。

　　本文介紹一種在嵌入式數(shù)字信號處理器（DSP）OMAP5912上使用簡單的數(shù)字電源實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)的方法。使用TI公司的電源轉(zhuǎn)換和電壓監(jiān)控芯片TPS65010實(shí)現(xiàn)對DSP系統(tǒng)各種狀態(tài)的檢測。在不同狀態(tài)下輸出不同的供電電壓，減小供電電流，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的低功耗運(yùn)行。該設(shè)計(jì)方法適用于各種低功耗要求的手持電子設(shè)備。

1 TPS65010和OMAP5912

　　TPS65010是TI公司推出的一款針對鋰離子供電系統(tǒng)的電源和電池管理芯片。TPS65010集成了2個(gè)開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器Vmain和Vcore、2個(gè)低壓差電源轉(zhuǎn)換器LDO1和 LDO2以及1個(gè)單體鋰離子電池充電器，非常適合手持電子設(shè)備的應(yīng)用要求。當(dāng)12 V直流電源適配器接通時(shí)，芯片無需開關(guān)電路。在實(shí)際使用中，Vmain可以提供2.5～3.3 V電壓，Vcore可以提供0.8～1.6 V電壓，LDO1和LDO2可以提供1.8～6.5 V電壓。各個(gè)不同電壓下的電流一般可以達(dá)到400 mA，滿足大部分手持設(shè)備的需求?？梢酝ㄟ^I2C總線對TPS65010的各種寄存器進(jìn)行設(shè)置，也可以通過通用的引腳將重要的信息通知TPS65010，例如可以通過LOW_POWER引腳使TPS65010輸出低功耗模式下的工作電壓。

　　OMAP5912是TI公司推出的嵌入式DSP，具有雙處理器結(jié)構(gòu)，片內(nèi)集成ARM 和C55系列DSP 處理器。TI925T處理器基于ARM9核，用于控制外圍設(shè)備。DSP基于TMS320C55X核，用于數(shù)據(jù)和信號處理，提供1個(gè)40位和1個(gè)16位的算術(shù)邏輯單元（ALU）。由于DSP采用了雙ALU結(jié)構(gòu)，大部分指令可以并行運(yùn)行，工作頻率達(dá)到150 MHz，并且功耗更低。C55和ARM可以聯(lián)合仿真，也可以單獨(dú)仿真。

　　OMAP5912內(nèi)部專門配置了超低功率設(shè)備（Ultra Low Power Device，ULPD）。ULPD模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ULPD模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　從圖1可以看出，ULPD模塊主要由復(fù)位管理器、FIQ管理器以及睡眠模式狀態(tài)機(jī)組成。片內(nèi)ULPD和OMAP5912芯片內(nèi)部的復(fù)位產(chǎn)生模塊以及芯片IDLE和喚醒狀態(tài)控制器相連接。片外ULPD的復(fù)位管理器負(fù)責(zé)檢測上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，并將片內(nèi)的復(fù)位信號輸出；FIQ管理器專門用于檢測電池電壓，一旦出現(xiàn)電池電壓低于或高于系統(tǒng)要求，或者電池電源質(zhì)量不高（紋波較大、過沖較大、瞬間脈沖較大）等，F(xiàn)IQ管理器將中斷系統(tǒng)工作；睡眠模式狀態(tài)機(jī)負(fù)責(zé)檢測和輸出不同的工作方式，在不同的工作方式下將提供不同的電壓和電流，從而降低系統(tǒng)功耗。共有3種睡眠模式：正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　較完整的手持設(shè)備系統(tǒng)主要由OMAP5912、TPS65010、AD/DA、LCD、SDRAM、人機(jī)接口以及Flash組成。其硬件連接如圖2所示。圖中，DSP是核心控制單元；AD用于采集模擬信號，并將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號；DA將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；人機(jī)接口主要包括鍵盤接口。Flash保存DSP所需的程序，供DSP上電調(diào)用。此外，使用DSP的HPI接口連接到PC機(jī)。