電源管理：高級(jí)電源管理芯片F(xiàn)S1610及其應(yīng)用
引言
Fsl610是一款采用專利數(shù)字技術(shù)生產(chǎn)的高級(jí)電源管理控制器件，該器件可為數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、個(gè)人PDA和筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備提供完全可編程的電源系統(tǒng)解決方案。與傳統(tǒng)的電源管理方法相比，F(xiàn)Sl610能節(jié)約20～40％的PcB面積，此外，其完全可編程的專利數(shù)字技術(shù)．還能極大縮短研發(fā)周期．加快產(chǎn)品上市進(jìn)程。
1 FSl610的主要功能
IS1610內(nèi)部的電壓檢測(cè)主要針對(duì)的是FSl610芯片的供電輸入，而器件的輸出則包括8個(gè)高效開(kāi)關(guān)電源和3個(gè)低功耗LDO，表l所列是其電源輸出列表。需要注意的是，F(xiàn)Sl610的輸出電壓和電流都會(huì)受到輸入電壓、電感、電容以及外部諸多元件因素的影響。
1.1 電源輸出
FSl610提供有8個(gè)開(kāi)關(guān)電源．3個(gè)LDO電源和1個(gè)始終開(kāi)啟的電源。對(duì)這些電源輸出的控制一般有三種方式：其一是通過(guò)外部的PWREN使能輸人引控制；其二是通過(guò)串行命令在使用過(guò)程中根據(jù)具體情況進(jìn)行控制；第三則是按照EEPROM中的設(shè)置程序來(lái)執(zhí)行。
FS1610的電源輸出主要用于降壓轉(zhuǎn)換、升壓轉(zhuǎn)換、白光LED驅(qū)動(dòng)、低壓差穩(wěn)壓、負(fù)升壓轉(zhuǎn)換和電池供電等。圖I所示是用FSl610來(lái)驅(qū)動(dòng)白光LED的驅(qū)動(dòng)電路。
1.2 電源輸入
FSl610的供電電壓范圍是2.8～5.5 v。圖2所示是S1610的供電輸人以及AC適配器和電池之間的切換電路。其中VMAIN為主電池比較器輸入，用來(lái)直接監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)；VIN為主電源供電輸入；DBOUT用于斷開(kāi)電池的輸出，將它連接到一個(gè)外部的P通道MOSFET，可當(dāng)檢測(cè)到電池的無(wú)電狀態(tài)(DB)或者AC適配器有輸入時(shí)，由該輸出置位斷開(kāi)電池和主電源的連接；BATBU為備用電池輸人，一般情況下，為了能使芯片正常操作，在BATBU輸入引腳上一定要有電壓；VBAT為始終開(kāi)啟的供電輸出，可由內(nèi)部開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)SW[2]有效且穩(wěn)定時(shí)，可將SW[2]連接到VBAT來(lái)提供電壓；否則由BATBU給VBAT提供電壓。
1.3 其他功能
FSl610內(nèi)有一個(gè)非易失存儲(chǔ)器NVM(EEPROM)，可用于保存啟動(dòng)的配置信息，這些信息包括通道電壓、通道使能，禁止、個(gè)電源的開(kāi)關(guān)順序以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗、中斷等信息。
FSl610可通過(guò)晶體時(shí)鐘提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘的操作。而其可編程報(bào)警器則可向CPU發(fā)出中斷。FSl610片內(nèi)還集成有一個(gè)看門狗定時(shí)器，可通過(guò)EEPROM編程設(shè)置，其定時(shí)時(shí)間達(dá)32s，時(shí)間間隔是1ms。但是，由于達(dá)到定時(shí)時(shí)間時(shí)，芯片就會(huì)復(fù)位，所以，為了避免這種情況的發(fā)生，主機(jī)必須在程序設(shè)置的定時(shí)周期結(jié)束之前，對(duì)WDT進(jìn)行復(fù)位。
FSl610應(yīng)由32.768 kHz晶振、或者具有合適的頻率和電壓的時(shí)鐘源來(lái)為芯片提供內(nèi)部時(shí)鐘。而器件的CLKOUT輸出引腳則能為外部提供32.768 kHz的輸出。FSl610的nEXTON開(kāi)關(guān)輸人端一般連接到瞬間接觸開(kāi)關(guān)上，可用來(lái)控制芯片的開(kāi)/關(guān)。FSl610分別為不同類型的處理器設(shè)計(jì)有兩個(gè)復(fù)位輸出nIRSTO和nRSTO，而手動(dòng)復(fù)位輸入nRSTI則主要用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)硬件復(fù)位，以作為主機(jī)CPU的系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)。
FSl610在需要的情況下可提供中斷，并向主機(jī)發(fā)出警報(bào)。這些警報(bào)包括低電壓，電源通道故障，RTC警報(bào)等。同時(shí)可以通過(guò)串行命令來(lái)對(duì)中斷進(jìn)行操作。
2 Fsl610的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理
圖3是FSl610模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見(jiàn)，F(xiàn)Sl610以電源管理控制器為核心，可為外部設(shè)備提供豐富的電源通道。另外，配合電源管理．FSl610還提供有非易失性存儲(chǔ)器NVM、實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC、看門狗定時(shí)器WDT、中斷、復(fù)位等系統(tǒng)控制模塊。
3 工作模式
FS1610有兩種操作模式，分別為串行模式和獨(dú)立模式。FSl610芯片片可通過(guò)I2C、SPI和ART串口來(lái)接受主機(jī)的控制和管理，也可以在啟動(dòng)后根據(jù)EEPROM加載的參數(shù)獨(dú)立工作。低功耗是FSl610的最突出優(yōu)勢(shì)之一。該芯片上的各個(gè)功能模塊在不需要操作時(shí)都可以關(guān)閉。已進(jìn)人休眠狀態(tài)。FSl610會(huì)根據(jù)不同的環(huán)境條件在5種電源狀態(tài)下自動(dòng)切換，以使功耗最小化。這5種狀態(tài)分別為：無(wú)電(NOPOWER)狀態(tài)、關(guān)斷(SHUTDOWN)狀態(tài)(即SD狀態(tài))、就緒(READY)狀態(tài)、工作(ACTIVE)狀態(tài)、低功耗(LOWPOWER)狀態(tài)。
設(shè)計(jì)時(shí)．可以對(duì)FS31610的多路電源進(jìn)行靈活的配置和控制。除了對(duì)單個(gè)電源通道的開(kāi)/關(guān)操作之外。還可以對(duì)電源通道進(jìn)行分組，然后對(duì)各電源組進(jìn)行操作。電源的啟動(dòng)和關(guān)閉順序，也可以設(shè)置存儲(chǔ)在EEPROM中，以便主機(jī)在操作的過(guò)程中來(lái)控制。
FSl610對(duì)芯片提供有可能出現(xiàn)的各種故障的監(jiān)測(cè)和管理。這些監(jiān)測(cè)包括：受監(jiān)測(cè)電源正常狀態(tài)、電源通道故障、電池電壓和備用電池監(jiān)測(cè)、熱關(guān)斷、中斷。此外，F(xiàn)S1610芯片還可根據(jù)EEPROM中的設(shè)置，對(duì)監(jiān)測(cè)到的不同狀態(tài)進(jìn)行不同的操作。
4 基于FSl6l0的導(dǎo)航儀供電系統(tǒng)
FSl610的多電源輸出和電源管理功能在便攜式設(shè)備中應(yīng)用非常方便。圖4是FSl610電源管理控制芯片在基于Sumsang公司的ARM9處理器S3C2440的導(dǎo)航儀上的供電電路。
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，該導(dǎo)航儀除了具有基本的GPS導(dǎo)航功能外．還需要高分辨率的液晶屏支持。為此，該系統(tǒng)選用的是LCD模塊，該模塊是已經(jīng)包含了背光和控制電路的液晶屏，但需要+3.3 v和+5 v供電。表2所列出是該導(dǎo)航儀系統(tǒng)的電源需求。
由于該導(dǎo)航儀通常是采用電池供電，故需要最小化的功率消耗，而且要求各外設(shè)都要由系統(tǒng)控制。在圖4中用FSl610對(duì)導(dǎo)航儀系統(tǒng)進(jìn)行供電的電源分配方案中，需要注意的是，LCD背光需要400mA電流的+5v供電，而FSl610的升壓電路不能提供這么大的電流，因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用一個(gè)外加的升壓電路來(lái)提供LCD的背光電源。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了高級(jí)電源管理控制芯片F(xiàn)S1610的原理和功能，給出了一個(gè)FSl610在基于ARM9處理器S3C2440設(shè)計(jì)的導(dǎo)航儀上的應(yīng)用方案。采用該方案進(jìn)行供電的導(dǎo)航儀，不但可以自由控制各個(gè)模塊電源的開(kāi)和關(guān)，而且可以在不需要的時(shí)候關(guān)閉模塊，以便最小化整個(gè)系統(tǒng)的功耗。與傳統(tǒng)的方法相比，選用FSl610不但可以明顯節(jié)省電路板面積。提供更多的通道電壓．而且控制也更加靈活。
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