TWL3024在3G終端電源管理中的應(yīng)用

3g終端電源管理的主要策略之一，就是設(shè)計轉(zhuǎn)化效率高的線性調(diào)壓器（因其低壓降特性稱為ldo）。盡管開關(guān)型調(diào)制器的轉(zhuǎn)化效率較高，但由于線性調(diào)壓器在電壓輸出端產(chǎn)生的噪聲最小，而且ldo極小的紋波可以避免噪聲使手機(jī)發(fā)射器產(chǎn)生的rf載波儒變，因此，線性調(diào)壓器仍舊占有主導(dǎo)地位。第二就是可以有效地利用電能，主要有以下途徑：1、將處理某項任務(wù)時不需要的功能單元關(guān)掉，比如在進(jìn)行內(nèi)部計算時，將與外部通信的接口關(guān)斷或使其進(jìn)入睡眠狀態(tài)。2、改變處理器的工作頻率和工業(yè)電壓。目前絕大多數(shù)的處理器是用cmos工藝制造的。在cmos電路中，最大的一項功率損耗是驅(qū)動mosfet柵極所引起的損耗，其大小為ploss＝cgf（iout）vin2，cg為柵極電容，f為頻率，可以看出功率損耗與頻率和輸入電壓的關(guān)系，所以針對不同的運(yùn)算和任務(wù)，把頻率和電源電壓降低到合適的值，可以有效地減少功率損耗。

twl3024的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

twl3024是模擬基帶處理和電源管理芯片，它將完整芯片組與應(yīng)用處理器的模擬與電源管理功能集成到同一個器件中，從而降低了板級要求，減少了芯片數(shù)目及開發(fā)成本。

twl3024電源管理模塊的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

a、twl3024內(nèi)部采用的是高效率的ldo，ldo的控制接口是i2c總線可以訪問的寄存器，每個ldo的工作模式以及輸出電壓都可由中央處理器上執(zhí)行的電源管理軟件來配置，ldo不僅向中央處理器供電，而且負(fù)責(zé)整個芯片組和外設(shè)的供電。

b、dc/dc模塊，用于高效變換輸入電壓，以滿足ldo不同的輸出需求。

c、twl3024有12個hco（控制輸出接口）用來傳遞到各主控模塊的時鐘或模式控制信號。

d、twl3024有6個hii（控制輸入接口），它是觸發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)改變的一組內(nèi)部和外部信號，所有這些hco和hii都是可編程的，用來觸發(fā)電源狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)改變并提供給應(yīng)用處理器基本時鐘和復(fù)位信號。

e、twl3024有一個smm（系統(tǒng)管理模塊），兩個相同的基于狀態(tài)機(jī)的硬件控制器構(gòu)成，分別稱為第一主控制器（primary host controller）和第二主控制器（secondary host controller），用以管理hco、ldo、dc/dc等電源管理資源。這兩個主控制器的操作是互相獨(dú)立的，也可以只使用其中一個來控制系統(tǒng)上電時電源管理資源的分配。每個主控制器由四個基本模塊組成：主系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)（hssm）、程序序列裝置（sequencer）、跳轉(zhuǎn)邏輯（branch logic）和腳本代碼（script code）。hssm控制sequencer來順序執(zhí)行script code所定義的系統(tǒng)可能的狀態(tài)模塊，branch logic允許hssm選擇并跳轉(zhuǎn)到script code所定義的下一個模式，這些模塊共同作用來實現(xiàn)軟件所定義的主系統(tǒng)狀態(tài)模式的轉(zhuǎn)換。

基于omap1611和twl3024的解決方案

twl3024的電源管理方案是基于omap處理器和tcs4105芯片組之上進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果。從電池能量轉(zhuǎn)化的方法來說，twl3024的ldo和dc/dc轉(zhuǎn)換器的效率是很高的，從節(jié)能的角度來講，首先，twl3024對omap、tcs4105芯片組及各系統(tǒng)外設(shè)都是分別供電的，當(dāng)處理某項任務(wù)時，不相關(guān)的功能單元可以斷電。例如，射頻單元中的功率放大部分消耗的功率占手機(jī)總功耗的一半左右，然而，大部分時間內(nèi)該元件又是不工作的，所以，關(guān)斷該部分可以提高電能的利用率，重新打開該單元可以通過twl3024的hco端口發(fā)送指令到射頻模塊來實現(xiàn)。其次，可以通過關(guān)閉或調(diào)低omap的工作頻率來控制功耗，像視頻流解碼這樣的任務(wù)可能需要大量的處理能力，器件將以最大的時鐘頻率運(yùn)行，功率也被調(diào)節(jié)到能夠提供最大的i/o操作，但是，像待機(jī)狀態(tài)這樣簡單的任務(wù)就幾乎不需要處理器工作，僅用足夠的電壓刷新存儲器就可以了，twl3024的dvs（動態(tài)電壓調(diào)整）技術(shù)有效地將處理器（如omap）與電源轉(zhuǎn)換器連接成閉環(huán)系統(tǒng)，通過i2c等總線動態(tài)地調(diào)節(jié)供電電壓，同時調(diào)節(jié)自身的頻率，這樣就使系統(tǒng)的節(jié)能達(dá)到盡可能高的程度，omap時鐘頻率的不同工作模式及其相互切換可以由omap處理器系統(tǒng)狀態(tài)機(jī)來描述，系統(tǒng)狀態(tài)的種類及其相互間切換的條件可由用戶自己定義，twl3024腳本語言(script code)來編寫,最后omap裝載到twl3024中執(zhí)行，以實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。

以下是一個定義omap處理器系統(tǒng)狀態(tài)的實例：omap系統(tǒng)狀態(tài)被定義為5個，分別是active（全速的處理器mips特性）狀態(tài)，activelow（低速的處理器mips特性）狀態(tài)，idle（處理器停止活動，但仍提供系統(tǒng)電源和時鐘）狀態(tài)、standby（處理器低于正常電壓供電且時鐘停止）狀態(tài)，off（處理器電壓和時鐘全部停止）狀態(tài)，每一種狀態(tài)就是在處理器特定執(zhí)行模式下的電源管理資源的一種靜態(tài)配置，圖1是這5種系統(tǒng)狀態(tài)的遷移圖，如圖所示，在系統(tǒng)上電復(fù)位后，首先是運(yùn)行默認(rèn)的、在上電復(fù)位時，twl3024的腳本代碼，在對twl3024內(nèi)部寄存器配置后，進(jìn)入由用戶定義的系統(tǒng)off狀態(tài)；其次，根據(jù)圖中狀態(tài)間遷移條件的不同，用戶需自行定義11種腳本代碼來實現(xiàn)所要求的狀態(tài)遷移，一般而言，通過這種方法來細(xì)分處理器不同操作模式下所需的工作電壓和頻率，可以很好地達(dá)到節(jié)能的效果。

腳本代碼的編寫非常簡單，只包含3條基本指令：trs（target resource state）、delay、end。trs指令指定hco、ldo等資源所處的下一種系統(tǒng)狀態(tài)，并強(qiáng)迫當(dāng)前的遷移到該狀態(tài)，圖1的系統(tǒng)狀態(tài)有5種：delai執(zhí)行插入若干個23khz時鐘周期的時延，用來延緩腳本代碼的執(zhí)行，這條指令在當(dāng)ldo等資源需要一定的時間才能啟動且穩(wěn)定下來時是必須的，end指令標(biāo)識腳本代碼的結(jié)束，一個腳本代碼必須包含一條end指令，腳本代碼存儲在主控制器中的相應(yīng)的寄存器中，代碼長度只受寄存器大小限制。

結(jié)語

由于twl3024采用了ti創(chuàng)新型電源管理系統(tǒng)，通過分化系統(tǒng)并在必要使將部分手持終端置于低功耗待機(jī)模式，可極大地降低功耗，利用該電源管理系統(tǒng)，可顯著延長采用tcs4105與omap1611處理器的3g移動終端的電池壽命，從而在不影響高性能應(yīng)用的情況下，將待機(jī)時間由現(xiàn)有解決方案延長兩倍。