具有自適應開(kāi)機和冬眠功能的電源管理設計
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
1．2 PMU寄存器
PVL：存儲電源有效使能電平，即指示電源VDDC和VDDM的有效使能電平；在手機初次上電或發(fā)生電源失效后恢復使用時(shí)，此寄存器值可能不正確；每次開(kāi)機時(shí)，其值由“自適應開(kāi)機”邏輯來(lái)校正；該寄存器值也允許軟件修改。
PCR[1：0]：電源控制寄存器，PCR[0]控制VDDC的使能／關(guān)斷，PCR[1]控制VDDM的使能／關(guān)斷；其值由軟件控制：1為使能，0為關(guān)斷；當PCR為“使能”時(shí)，PSO輸出PVL指示的電平，否則輸出為高阻狀態(tài)(要求PCB上PSO被拉至“關(guān)斷”狀態(tài))。
PPR[23：0]：常數寄存器，僅當復位結束且其值非固定值24h’C5ADA5時(shí)由硬件自動(dòng)寫(xiě)入該固定值；PPR用于指示電池供電是否正常，當電池被拔出或其供電失效時(shí)，PMU也失去供電(VDDP無(wú)電)，該寄存器值無(wú)法保持，當VDDP恢復供電后，PMU根據此寄存器的值判斷自身狀態(tài)并進(jìn)行必要初始化處理。
PFR[19：0]：軟件可設的按鍵時(shí)間閾值寄存器，其中PFR[19：9]指示開(kāi)關(guān)機鍵PSI[0]的按鍵有效時(shí)間閾值，PFR[8：0]指示“冬眠”喚醒鍵PSI[1]的按鍵有效時(shí)間閾值；達到閾值按鍵有效；閾值計算公式為(單位：s)：
(PFR+1)x64×CLK周期=(PFR+1)／29
在手機初次上電或發(fā)生電源失效后恢復使用時(shí)，PFR[19：9]被初始化為2 s，手機正常開(kāi)啟后，軟件可寫(xiě)入合適的閾值，此閾值應遠大于上電后的復位延遲(一般為20～200 ms)。
PSR[31：0]：數據寄存器，軟件在控制SoC進(jìn)入冬眠模式前，可將關(guān)鍵性數據(如SDRAM中操作系統的啟動(dòng)地址)寫(xiě)入此寄存器，當冬眠喚醒時(shí)，軟件據此寄存器值做出相應處理。
2 自適應開(kāi)機功能
本功能是對智能手機主控芯片內部開(kāi)關(guān)機控制邏輯的改進(jìn)，通過(guò)特殊硬件機制對外部電源管理芯片(PMIC)的有效開(kāi)機電平進(jìn)行自動(dòng)判別和記憶，使得PMU輸出正確的開(kāi)機使能電平。
2．1 功能框圖和接口、構件說(shuō)明
自適應開(kāi)機功能框圖如圖2所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/175786.htm
圖2中，PSIO即前述PSI[0]，為開(kāi)關(guān)機鍵輸入；FSM為開(kāi)關(guān)機控制有限狀態(tài)機；CNT[16：0]為按鍵時(shí)間計數器；CMP是比較器。
2．2“自適應開(kāi)機”過(guò)程
初始狀態(tài)：系統處于關(guān)機狀態(tài)，除PMU，RTC仍然保持有電外，SoC其他模塊均處于掉電狀態(tài)，具體初始信號如下：
PSIO：開(kāi)關(guān)機鍵值保持高，即沒(méi)有按下；
CLK：32 kHz時(shí)鐘一直有效；
RSTn：系統復位輸入保持為低，即復位有效；
PSO：電源使能輸出高阻，即關(guān)機；
FSM：開(kāi)關(guān)機控制有限狀態(tài)機處于“關(guān)機”狀態(tài)；
CNT：按鍵時(shí)間計數器保持清零狀態(tài)。
啟動(dòng)開(kāi)機：用戶(hù)持續按下開(kāi)機鍵，觸發(fā)硬件邏輯變化，具體信號和狀態(tài)變化如下：
PSIO：開(kāi)關(guān)機鍵輸入為低電平，即該鍵按下；
CNT：計數器開(kāi)始計數(每隔一個(gè)CLK周期，計數器加1)；
CMP：比較器在每個(gè)CLK周期都將CNT值與{PFR[19：9]，6’b111111}進(jìn)行比較，并將比較結果送給FSM；
FSM：當收到比較相等的信號，FSM進(jìn)入“開(kāi)機嘗試”狀態(tài)，即控制PSO輸出PVL所指示的電平，同時(shí)復位計數器使之重新開(kāi)始計數；
PSO：輸出PVL所指示的電平，即嘗試使能開(kāi)機上電；
RSTn：如果PVL所存值正確，上述上電過(guò)程成功，手機正常上電，經(jīng)過(guò)復位延遲后，復位變?yōu)闊o(wú)效idianndiane：按鍵鍵；FSM進(jìn)入“開(kāi)機成功”狀態(tài)(等待開(kāi)關(guān)機鍵再次按下，然后進(jìn)入“關(guān)機”狀態(tài))。
初次或異常開(kāi)機過(guò)程：在手機初次上電或發(fā)生電源失效后恢復使用時(shí)，PVL寄存器的值可能錯誤；此時(shí)開(kāi)機過(guò)程基本同上，只是FSM進(jìn)入“開(kāi)機嘗試”狀態(tài)后，PSO輸出與PMIC期望相反的電平，此后的過(guò)程說(shuō)明如下：
CNT：在FSM進(jìn)入“開(kāi)機嘗試”狀態(tài)后，重復開(kāi)始計數；
CMP：當按鍵時(shí)間第二次達到閾值，比較器將再次輸出比較相等的信號；
FSM：FSM在“開(kāi)機嘗試”狀態(tài)再次收到比較相等的信號，將PVL值取反存入PVL寄存器；
PSO：保持輸出PVL所指示的電平，使能開(kāi)機上電；
RSTn：上電過(guò)程成功，經(jīng)過(guò)復位延遲后，復位變?yōu)闊o(wú)效idianndiane按鍵鍵；FSM進(jìn)入“開(kāi)機成功”狀態(tài)。易知在此異常開(kāi)機過(guò)程中，用戶(hù)需要持續按住開(kāi)機鍵至少兩倍于閾值所定的按鍵時(shí)間。以上開(kāi)關(guān)機控制有限狀態(tài)機變化圖如圖3所示。
3 冬眠功能
冬眠(Hibernation)是一種獨特的省電模式。其特點(diǎn)之一是功耗極低近乎關(guān)機，與關(guān)機狀態(tài)不同的是在PCB上SDRAM和用于喚醒的部件仍然有電，其中SDRAM處于低功耗的自刷新?tīng)顟B(tài)；特點(diǎn)之二是快速喚醒，為了保證良好的用戶(hù)體驗，系統要從SDRAM快速啟動(dòng)并快速回到冬眠前的現場(chǎng)。顯然，實(shí)現冬眠功能需要SoC(主要是PMIC)、SDRAM和系統PCB上硬件機制的支持和軟件的配合。
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