微控制器(MCU)和實(shí)時時鐘(RTC)的后備電源

　　案例研究背景

　　Cymbet的一家從事工業(yè)過程控制的客戶，正在為一條制造組裝生產(chǎn)線設(shè)計一個全新的基于嵌入式系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，它需要為微控制器(MCU)和實(shí)時時鐘(RTC)數(shù)據(jù)保留提供電源保持。該款工業(yè)控制器采用了德州儀器MSP430x22x4微控制器，并帶有板上電源監(jiān)控功能。該MSP430微控制器具有700納安的超低功耗待機(jī)模式，以及關(guān)閉模式下100納安的RAM保持電流。該MCU還帶有極低功耗的低頻振蕩器，并且可從待機(jī)模式用不到1微秒的時間完成超快速喚醒。它們采用38引腳DA包裝。下載MSP430的數(shù)據(jù)表，請?jiān)L問：

　　www.ti.com/lit/ds/symlink/msp430f2274.pdf。

　　圖1：需要保留時間的工業(yè)控制器嵌入式系統(tǒng)

　　項(xiàng)目設(shè)計要求

　　該工業(yè)過程控制嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計團(tuán)隊(duì)提出了如下要求：

　　1. 在主電源發(fā)生故障時，需要為這一片MSP430微控制器提供后備電源

　　2. 需要為MCU的RAM內(nèi)存提供10天的后備電源支持

　　3. 需要為待機(jī)模式(VLO)下的MCU提供7天的后備電源

　　4. 需要為MCU的實(shí)時時鐘運(yùn)行提供3天的后備電源

　　5. 電池必須是可充電的

　　6. 電池每年的自放電不得高于2%

　　7. 必須永遠(yuǎn)不必更換電池

　　8. 控制系統(tǒng)產(chǎn)品的內(nèi)置電池必須能夠被空運(yùn)

　　9. 電池必須符合RoHS和WEEE規(guī)范

　　10. 必須只占用很小的設(shè)備空間

　　11. 在組裝中必須能夠使用表面貼裝技術(shù)和回流焊工藝。

　　設(shè)計解決方案

　　該工業(yè)流程控制器的設(shè)計團(tuán)隊(duì)采用帶有內(nèi)置電源管理功能的EnerChip™ CC CBC3150固態(tài)電池，滿足了單片機(jī)的實(shí)時時鐘功能后備電源的設(shè)計需求。

　　許多采用微控制器和/或?qū)崟r時鐘芯片的系統(tǒng)要求在主電源中斷的情況下，還具有非易失性的日期保留和/或?qū)崟r時鐘運(yùn)行。通常，這是通過使用電源監(jiān)控電路再加上諸如紐扣電池或超級電容器等后備電源而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主電源被中斷 –– 如在線路停電或當(dāng)主電池因?yàn)槌潆娀蚋鼡Q被拿掉時 –– 后備電源提供了足夠的能量，以維持嵌入SRAM中的數(shù)據(jù)或保持內(nèi)部實(shí)時時鐘仍在操作。許多MCU都具有內(nèi)部電源監(jiān)控電路，可以用來控制從主電源切換到輔助電源這一功能。當(dāng)電源電壓下降或完全斷電達(dá)到電源電壓的閾值電壓時，MCU可以按照編好的程序產(chǎn)生一個內(nèi)部中斷，使MCU進(jìn)入低功耗狀態(tài)，以從備用電源獲得最長的運(yùn)行時間。

　　EnerChip CC是一種表面貼裝器件，它把一片可充電固態(tài)電池與集成的電池管理芯片封裝在同一個器件里。這種EnerChip CC能夠在同一個小型化封裝內(nèi)提供充電控制、放電控制、閾值電壓檢測、電源監(jiān)控等功能。它能夠在2.5V至5.5V的范圍內(nèi)工作。

　　采用的EnerChip CC為微控制器提供后備電源的電路是非常簡單，如下圖所示：

　　圖2：采用EnerChip CC CBC3150作為微控制器RTC后備電源的實(shí)例

　　針對諸如工業(yè)流程控制等嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計信息，可以在下面Cymbet.com設(shè)計中心的網(wǎng)頁上找到：

　　• 如需要面向以下幾種不同微控制器的后備電源應(yīng)用筆記，請?jiān)L問：http://www.cymbet.com/design-center/microcontroller-back-up.php

　　Ø ?TI MSP430

　　Ø ?Freescale HC

　　Ø ?Atmel PicoPower AVR

　　Ø ?Microchip PIC

　　Ø ?ST Micro ST62

　　Ø ?EM Microelectronics EM

　　• 有關(guān)實(shí)時時鐘的應(yīng)用說明，請?jiān)L問：http://www.cymbet.com/design- center/rtc-backup.php

　　Ø ?TI BQ32000

　　Ø ?Epson RX-8564

　　Ø ?Dallas-Maxim DS1340

　　Ø ?Dallas-Maxim DS1390

　　Ø ?Micro Crystal RV-2123

　　Ø ? Microchip MDP79410

　　Ø ? NXP PCF8523

　　為您的下一個項(xiàng)目評估Cymbet的EnerChip解決方案

　　本案例研究展示了這家工業(yè)流程控制公司的設(shè)計團(tuán)隊(duì)如何使用EnerChip固態(tài)電池來提高其新裝配系統(tǒng)的功能和競爭力。您也可通過使用的EnerChip器件，來降低成本并改善您產(chǎn)品的功能。Cymbet提供了一整套可用于加快新產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度的評估工具包。用于后備電源設(shè)計的理想評估套件是EnerChip CC RTC Power Back-up CBC-EVAL-06 kit。如圖3所示，這種易于使用的、基于USB的小片評估套件帶有一片Micro Crystal RV-2123實(shí)時時鐘芯片和一片EnerChip CC CBC3112固態(tài)電池。