跟上無代碼的喚醒定時器

引言

我們都見過那類用所謂延時拍攝方法拍攝自然景觀的視頻，這類視頻用幾秒鐘時間展現(xiàn)發(fā)生時間相對較長的事件。從花開到漂浮的祥云，與用來觀看視頻幀的序列相比，延時拍攝以慢得多的速度捕捉視頻幀。在延時拍攝時，攝像機由內部或外部定時曝光控制計觸發(fā)，該控制計計算時間間隔，并按特定周期啟動攝像機。除了延時拍攝視頻，定時曝光控制計還可以調節(jié)，以迅速拍攝多幅圖像，最終形成一幅疊置的圖像，例如流星的軌跡，或者為一次性事件的拍攝提供延遲。

定時曝光控制計只是多種類型電子定時設備之一，這類設備通常僅通電片刻，而大部分時間是斷電的，以節(jié)省能耗。類似應用包括灌溉控制、“心跳”定時器、能量收集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (例如應變計或熱電偶測量儀)。當然，在這類系統(tǒng)中，不是所有電子組件都可以停機，至少有一個組件必須保持一天 24 小時和一周七天接通，以跟蹤時間。因此，這類系統(tǒng)的周期性行為導致需要可靠的定時 IC 提供一套特殊的功能。

一談到電子計時，通常首先進入腦海的組件是實時時鐘 (RTC) 或微控制器。不過，對于定時準確度不在設計師優(yōu)先考慮之列的應用而言，這類組件也許不合適。此外，這類解決方案耗電量往往相對較大、需要編碼以及可能會占用大量電路板空間，尤其在需要額外的邏輯電路時。另一方面，這類應用也許需要一個支持高壓、具低靜態(tài)電流和易于配置的解決方案。這正是凌力爾特公司 LTC2956 發(fā)揮作用的地方，某些“周期性”應用需要同時控制時間和供電，LTC2956 則是一款專門為這種情況優(yōu)化電路性能而設計的集成電路。

LTC2956 簡介

LTC2956 是一款具按鈕控制、高度可配置的微功率喚醒定時器。該器件控制執(zhí)行周期性任務系統(tǒng)的供電，例如以延時拍攝方法拍照的任務。完成任務以后，LTC2956 斷開系統(tǒng)以降低功耗。LTC2956 可配置為無限次重復這種接通 / 斷開周期，或者配置為僅接通 / 斷開系統(tǒng)一次。

圖 1 顯示在一個典型應用中，LTC2956 是怎樣與其他部分連接的，圖中 LTC2956 控制由一個 LDO 調節(jié)的系統(tǒng)電源，同時還與微處理器通信。電源來自主電源軌，在圖中所示情況下是電池，當 LDO 斷開時，電源僅吸取 800nA，而在 LDO 接通時，吸取 3µA。輸入電源可以低至 1.5V 至高達 36V，這非常適合單節(jié)和多節(jié)電池應用。

圖 1：具按鈕控制的外部可調喚醒定時器 LTC2956

LTC2956 的所有可調定時參數(shù)都是用外部電阻器或電容器設定的。連接至 PERIOD 和 RANGE 引腳的電阻器允許用戶設定喚醒定時器周期，范圍為 250ms 至 39 天。在攝影應用中，定時曝光控制計可設定為每隔 250ms 快速連續(xù)拍照，或每 39 天拍照一次。連接至 LONG 引腳的電阻器允許用戶設定，一個可選按鈕必須按下多長時間，才能使喚醒定時器停機;這個功能非常適合具備以下特點的應用：系統(tǒng)也許需要按照命令偶爾加電或斷電。同一個 LONG 引腳也可用來在喚醒定時器運行或停止運行時，選擇 LTC2956 加電時的行為方式。最后，ONMAX 引腳上的電容器限制系統(tǒng)可以接通多長時間，通過防止任一系統(tǒng)永遠錯誤地保持在接通狀態(tài)，起到了自動防止故障的作用。

LTC2956 具備無代碼可調性，因此無論在制造商或消費者層面，產(chǎn)品的接通 / 斷開定時都能夠非常容易地調節(jié)。例如，某個制造商可以設計一個產(chǎn)品系列，其中每個產(chǎn)品的定時參數(shù)都不同，通過簡單地復制和粘貼 LTC2956 設計，為每個產(chǎn)品選定不同的電阻器值，就可以完成這樣一個產(chǎn)品系列的設計。相比之下，制造商還可以僅生產(chǎn)一種產(chǎn)品，而將這種可調性傳遞給消費者，通過在電路板上安排所有不同的電阻器組合，將通過跨接線和開關來配置最終產(chǎn)品的工作留給消費者。無論制造商選擇了哪種方式，都不需要編程。

了解 LTC2956

LTC2956 的好處非常明顯，低壓和高壓系統(tǒng)的接通 / 斷開定時可以非常容易地調節(jié)，能耗總是最低的。不過，在利用這些好處之前，潛在用戶需要了解 LTC2956 是否能夠真正達到產(chǎn)品的所有功能要求。也就是，LTC2956 提供哪些工作模式? 有哪些握手信號可用? 了解這些問題的答案，有助于決定 LTC2956 最終能否納入下一個設計中。

圖 2 顯示了 LTC2956 的簡化狀態(tài)圖，其中 IC 可以配置為自動加電進入運行 (RUN) 模式 (喚醒定時器運行) 或停機 (SHUTDOWN) 模式 (喚醒定時器停止運行)。如果 LONG 引腳電壓高于 VCC/2，那么 LTC2956 加電進入運行模式，并在喚醒 (Awake) 和休眠 (Sleep) 狀態(tài)之間循環(huán)。在喚醒狀態(tài)時，EN 引腳被拉高以接通系統(tǒng)，且自動防止故障的 ONMAX 定時器啟動。只有任務已完成 (且微處理器將 /SLEEP 輸入引腳拉低)，或者只有 ONMAX 定時器到期，才退出喚醒狀態(tài)。在休眠狀態(tài)，EN 引腳被拉低以關斷系統(tǒng)，只有喚醒定時器到期，或者只有系統(tǒng)由于按鈕短按或微處理器將 /SLEEP 拉高而被強制接通，LTC2956 才退出休眠狀態(tài)。只要檢測到按鈕長按，LTC2956 就退出任何狀態(tài)，進入停機模式。

如果 LONG 引腳電壓低于 VCC/2，那么 LTC2956 就加電進入停機模式，在這種模式時，除處于非常低功率模式的 LTC2956 以外，所有系統(tǒng)組件都斷電以降低能耗。對于煙霧報警器等付運時已安裝了電池的產(chǎn)品而言，這種模式尤其有用。處于這種模式時，需要短按按鈕才能接通系統(tǒng)，啟動喚醒定時器進入運行模式。無論何時，只要 LTC2956 從停機模式進入運行模式，/ONALERT 輸入引腳就被拉低，以通知系統(tǒng)執(zhí)行加電初始化例程。類似地，無論何時，只要 LTC2956 從運行模式進入停機模式，/OFFALERT 輸出引腳就被拉低，以在停機之前向系統(tǒng)發(fā)出警報，或連接至一個 LED，以可視方式指示系統(tǒng)接通 / 斷開狀態(tài)。

圖 2：LTC2956 簡化功能狀態(tài)圖

LTC2956 與被動式和主動式系統(tǒng)均兼容。在被動式系統(tǒng)中，可能沒有微控制器或 FPGA 可用來管理 LTC2956 的 /SLEEP 引腳，因此可調 ONMAX 定時器決定喚醒時長，這個喚醒時長顯然應該設定為比系統(tǒng)完成其周期性任務所花的最長預期時間要長。圖 3a 顯示了一個采用 LTC2956 被動式系統(tǒng)的定時圖。當?shù)竭_可調喚醒時刻 (tPERIOD) 時，LTC2956 進入喚醒狀態(tài)，并將 EN 輸出拉高以接通系統(tǒng);此外，喚醒定時器重新啟動，且 ONMAX 定時器 (tONMAX) 開始運行。一旦 ONMAX 定時器到期，LTC2956 就重新進入休眠狀態(tài)，并將 EN 輸出拉低。

在主動式系統(tǒng)中，有微控制器或 FPGA，系統(tǒng)可以切換 LTC2956 的 /SLEEP 引腳，以在完成其周期性任務后，立即終止喚醒狀態(tài)。這使喚醒時長保持最短，降低了功耗。圖 3b 顯示了一個采用 LTC2956 的主動式系統(tǒng)的定時圖。當?shù)竭_喚醒時刻時，LTC2956-1 進入喚醒狀態(tài)，并將 EN 輸出拉高，以接通系統(tǒng);此外，喚醒定時器重新啟動，ONMAX 定時器開始運行。當系統(tǒng)完成其周期性任務時，一旦微控制器或 FPGA 向 /SLEEP 引腳發(fā)出脈沖信號，LTC2956 就重新進入休眠狀態(tài)。

圖 3a：/SLEEP 保持低電平 (被動式系統(tǒng)) 時 LTC2956 的工作情況

圖 3b：/SLEEP 切換 (主動式系統(tǒng)) 時 LTC2956 的工作情況

也許辨別 LTC2956 是處于停機模式 (喚醒定時器停止運行) 還是休眠狀態(tài) (喚醒定時器運行) 并不容易，因為在這兩種模式時，系統(tǒng)都關斷 (EN 輸出被拉低)，LTC2956 消耗不到 1µA 的電源電流。為了確保喚醒定時器處于運行模式而不是停機模式，用戶可以短按按鈕一次，以強制 EN 輸出為高，同時如果 LTC2956 當下處于停機模式，也強制其進入運行模式。此外，按動按鈕總是會使喚醒定時器重新啟動，這在手動同步喚醒時刻與外部事件時會很有用。換句話說，一旦外部事件發(fā)生，短按按鈕就會接通系統(tǒng)，而下一次接通則在其后的 tPERIOD 起始時刻。

回到我們舉過的攝影定時曝光控制計的例子，圖 4 顯示了 LTC2956 怎樣應用到這類應用中。這里采取被動式模式，因此通過將 /SLEEP 引腳連接至地來禁止該引腳，而 ONMAX 引腳上的 10nF 電容器將定時曝光控制計的最長接通時間設定為 133ms，對于拍攝一幅照片，這個時間足夠充裕了。同時，不同電阻值的電阻器在 RANGE 引腳上并聯(lián)，每個電阻器都對應于一個定時曝光控制計在“喚醒”和進行下一次拍照之前必須“休眠”的時長。用戶可以轉動定時曝光控制計上的旋轉開關，以選擇想要的周期，并按下按鈕開關 (該開關會提供 ±25kV ESD 保護)，以接通 / 斷開定時曝光控制計。

圖 4：用在微功率延時拍攝定時曝光控制計中的 LTC2956

結論

LTC2956 是一款電子喚醒定時器，可滿足需要延遲或周期性喚醒的多種應用之需求。當在休眠狀態(tài)倒計時的時候，電流消耗最大限度減小至僅為 800nA，而當定時器根本不運行時，進一步減小至 300nA。因為所有定時調節(jié)都是通過外部電容器和電阻器進行的，所以無需編碼。堅固的按鈕接口允許用戶旁路定時器，并按照命令接通或關斷系統(tǒng)。4 個 I/O 信號可用來在主動式系統(tǒng)中連接微處理器或 FPGA，而可調 ONMAX 定時器還可用來實現(xiàn)被動式系統(tǒng) (或者作為自動防止故障機制實現(xiàn)主動式系統(tǒng))。LTC2956 采用 12 引線 3mm x 3mm QFN 和 MSOP 封裝，是一款關注空間利用的 IC，簡化并優(yōu)化了具特殊定時要求的設計。