電源管理芯片TPS65910A3與開關(guān)按鍵控制器STM6601的嵌入式應(yīng)用

摘要：介紹一種基于智能電源管理芯片TPS65910A3與智能型開關(guān)按鍵控制器芯片STM6601的應(yīng)用方案，并應(yīng)用于以TI公司AM335x處理器為核心的嵌入式系統(tǒng)上。給出TPS65910A3與AM3352電源分配設(shè)計(jì)方法和上電時(shí)序，以及AM3352與TPS65910A3和AM3352與STM6601的接口原理設(shè)計(jì)。

引言

TPS65910A3是由TI公司推出的一款性能優(yōu)良的智能型電源管理芯片。該芯片采用6 mm×6 mm QFN封裝，專門用于以一顆鋰離子電池，或鋰離子聚合物電池，或3系列鎳氫電池，或以5 V電壓供電的電源系統(tǒng)的應(yīng)用方案。TPS65910A3具有多路電源軌，包含3路DC—DC降壓轉(zhuǎn)換器，1路DC—DC升壓轉(zhuǎn)換器以及8路LDO，廣泛應(yīng)用于便攜式和手持系統(tǒng)。

智能型開關(guān)按鍵控制器芯片STM6601，具備更簡單易用的開機(jī)、關(guān)機(jī)以及解凍/重置功能，可避免對終端產(chǎn)品造成損害。此外，這些單芯片整體解決方案可為市場領(lǐng)先的行動(dòng)和可攜式電子產(chǎn)品廠商簡化設(shè)計(jì)工作，成功地在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中用一個(gè)芯片取代數(shù)十個(gè)離散組件。它能夠?yàn)殡姵毓╇姰a(chǎn)品提供各種不同的保護(hù)功能，包括降低因電池電量不足而無法完成系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對系統(tǒng)造成的損害，適用于電子書閱讀器、平板計(jì)算機(jī)、媒體播放器、智能型手機(jī)以及數(shù)字相機(jī)。

AM3352是TI公司推出的一款A(yù)RM Cortex—A8內(nèi)核的工業(yè)級處理器，主頻高達(dá)1 GHz。AM3352處理器采用32位內(nèi)部總線構(gòu)架，內(nèi)含具有單錯(cuò)檢測(奇偶校驗(yàn))的32/32 KB數(shù)據(jù)/指令一級高速緩存，具有錯(cuò)誤糾正碼(ECC)的256 KB二級高速緩存。

1 TPS65910A3電源分配與上電時(shí)序

TPS65910A3具有4路DC—DC轉(zhuǎn)換器，其中2路高效DC—DC降壓轉(zhuǎn)換器為處理器提供電源，可通過德州儀器的class-3 SmartReflex接口對該2路DC—DC降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)，以便達(dá)到節(jié)省功耗的目的。另有一路DC—DC升壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓最大可達(dá)5.25 V。

TPS65910A3的VDD1與VDD2具有動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)功能，與其他DC—DC和LDO都可通過I2C結(jié)構(gòu)進(jìn)行電壓設(shè)置。設(shè)計(jì)時(shí)，將VDD1與VDD2分別接到AM3352的內(nèi)核電源，即VCC1_CORE和VCC_MPU。當(dāng)處理器的運(yùn)行頻率發(fā)生改變時(shí)，這兩個(gè)內(nèi)核電壓可以自動(dòng)調(diào)節(jié)大小以減小系統(tǒng)功耗。TPS659 10A3的VCCIO輸出電壓與TPS65910不同。前者輸出電壓為1.5 V，后者輸出電壓為1.8 V，因此利用TPS65910A3的VCCIO的輸出電壓為DDR3內(nèi)存和AM3352的內(nèi)存總線接口供電。VDD3是升壓DC—DC轉(zhuǎn)換器，可為5 V電源設(shè)備供電。TPS65910A3的LDO可為AM3352及其他外圍電路供電。

TPS65910A3具有多種工作模式，一種是其本身的EEPROM已經(jīng)固化的模式;另兩種可根據(jù)其引腳BOOT1和B00T0的高低電平進(jìn)行配置的工作模式。為了滿足AM3352處理器的嚴(yán)格上電時(shí)序，選擇第一種工作模式。圖1是AM3352的上電時(shí)序圖。

TPS65910A3各路DC—DC以及各路LDO與AM3352的電源域連接簡圖如圖2所示。

2 TPS65910A3與AM3352的接口設(shè)計(jì)

TPS65910A3有兩個(gè)I2C接口：一個(gè)是普通的I2C接口，另一個(gè)是專為SmartReflex而設(shè)計(jì)的高速I2C接口。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過同一組I2C接口對TPS65910A3進(jìn)行設(shè)置而實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。TPS65910A3的工作模式和初始電壓，可通過B00T0和B00T1兩個(gè)引腳配置。TPS65910A3相關(guān)接口的原理如圖3所示。

為了滿足AM3352的上電時(shí)序，BOOT1和BOOT0分別接高電平和低電平，以保證TPS65910A3啟動(dòng)時(shí)從其自身的EEPROM讀取數(shù)據(jù);同時(shí)，利用TPS65910A3輸出的復(fù)位信號(hào)對AM3352進(jìn)行上電復(fù)位。當(dāng)然，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，用戶可根據(jù)實(shí)際需要，通過I2C接口對TPS65910A3進(jìn)行電源設(shè)置，以滿足相關(guān)要求。

在TPS65910A3的B00T1：BOOT0=[1：0]模式(即內(nèi)部EEPROM模式)時(shí)，其各路DC—DC及LDO默認(rèn)輸出電壓及開關(guān)狀態(tài)如表1所列。

3 STM6601與AM3352電路設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)中，STM6601不僅作為開關(guān)機(jī)管理芯片，而且也作為按鍵檢測的一個(gè)裝置。利用STM6601的按鍵中斷輸出功能，為AM3352提供包括短按、長按、雙擊等中斷，實(shí)現(xiàn)單個(gè)按鍵兼容多種功能，降低成本且節(jié)省空間。STM6601與AM3352電路設(shè)計(jì)如圖4所示。

STM6601對按鍵的動(dòng)作表現(xiàn)在其中斷輸出引腳

的電平上。圖5是STM6601開機(jī)、短按、長按時(shí)，中斷輸出的波形簡圖。

4 開關(guān)機(jī)流程

啟動(dòng)需要的設(shè)備時(shí)，必須滿足以下兩個(gè)條件：

①PB引腳被拉至低電平;

②電源電壓VCC必須在按鍵防抖時(shí)間30 ms內(nèi)大于STM6601的上電鎖定電壓VTH+(此電壓與所選芯片型號(hào)有關(guān))。

當(dāng)需要啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，將按鍵按下且保持至少30 ms，并且在這個(gè)區(qū)間電源電壓必須高于VTH+才有效。如果在按鍵防抖時(shí)間域內(nèi)電源電壓低于VTH+，則STM6601內(nèi)部計(jì)數(shù)器將被復(fù)位并重新計(jì)數(shù)，直至電源電壓高于VTH+。

如果條件滿足，則STM6601在經(jīng)過防抖時(shí)間30 ms之后，其EN引腳將會(huì)輸出高電平。此時(shí)，DC—DC轉(zhuǎn)換器被使能并輸出電壓。PMIC得電并開始工作，從而為處理器提供電源。當(dāng)處理器初始化完畢之后，必須在STM6601設(shè)定的空白時(shí)間內(nèi)將PSHOLD引腳置高，以保持EN引腳始終為高電平;否則，當(dāng)超出其所設(shè)定的空白時(shí)間后，EN引腳將會(huì)被重新置為低電平。