數字電源實(shí)現系統低功耗設計

半導體設計和制作工藝技術(shù)的不斷提高，使電路板上的器件運行速度更快、體積更小。數字電源的目標就是將電源轉換與電源管理用數字方法集成到單個(gè)芯片中，實(shí)現電源轉換、控制和通信。數字電源不比傳統的模擬電源效率更高，而且成本一般較高。目前數字電源需要大濾波器，這使其工作效率比模擬電源低。
　　
本文介紹一種在嵌入式數字信號處理器(DSP)OMAP5912上使用簡(jiǎn)單的數字電源實(shí)現系統低功耗設計的方法。使用TI公司的電源轉換和電壓監控芯片TPS65010實(shí)現對DSP系統各種狀態(tài)的檢測。在不同狀態(tài)下輸出不同的供電電壓，減小供電電流，實(shí)現整個(gè)系統的低功耗運行。該設計方法適用于各種低功耗要求的手持電子設備。
　　
1 TPS65010和OMAP5912

TPS65010是TI公司推出的一款針對鋰離子供電系統的電源和電池管理芯片。TPS65010集成了2個(gè)開(kāi)關(guān)電源轉換器Vmain和Vcore、2個(gè)低壓差電源轉換器LD01和LDO2以及1個(gè)單體鋰離子電池充電器，非常適合手持電子設備的應用要求。當12 V直流電源適配器接通時(shí)，芯片無(wú)需開(kāi)關(guān)電路。在實(shí)際使用中，Vmain可以提供2.5～3.3 V電壓，Vcore可以提供O.8～1.6 V電壓，LD01和LDO2可以提供1.8～6.5 V電壓。各個(gè)不同電壓下的電流一般可以達到400 mA，滿(mǎn)足大部分手持設備的需求?？梢酝ㄟ^(guò)I2C總線(xiàn)對TPS65010的各種寄存器進(jìn)行設置，也可以通過(guò)通用的引腳將重要的信息通知TPS65010，例如可以通過(guò)LOW_POWER引腳使TPS65010輸出低功耗模式下的工作電壓。
　　
OMAP5912是TI公司推出的嵌入式DSP，具有雙處理器結構，片內集成ARM和C55系列DSP處理器。TI925T處理器基于A(yíng)RM9核，用于控制外圍設備。DSP基于TMS320C55X核，用于數據和信號處理，提供1個(gè)40位和1個(gè)16位的算術(shù)邏輯單元(ALU)。由于DSP采用了雙ALU結構，大部分指令可以并行運行，工作頻率達到150 MHz，并且功耗更低。C55和ARM可以聯(lián)合仿真，也可以單獨仿真。
　　
OMAP5912內部專(zhuān)門(mén)配置了超低功率設備(Ultra Low Power Device，ULPD)。ULPD模塊內部結構如圖1所示。
　　

　　
從圖1可以看出，ULPD模塊主要由復位管理器、FIQ管理器以及睡眠模式狀態(tài)機組成。片內ULPD和OMAP5912芯片內部的復位產(chǎn)生模塊以及芯片IDLE和喚醒狀態(tài)控制器相連接。片外ULPD的復位管理器負責檢測上電復位和手動(dòng)復位，并將片內的復位信號輸出;FIQ管理器專(zhuān)門(mén)用于檢測電池電壓，一旦出現電池電壓低于或高于系統要求，或者電池電源質(zhì)量不高(紋波較大、過(guò)沖較大、瞬間脈沖較大)等，FIQ管理器將中斷系統工作;睡眠模式狀態(tài)機負責檢測和輸出不同的工作方式，在不同的工作方式下將提供不同的電壓和電流，從而降低系統功耗。共有3種睡眠模式：正常工作模式、Big Sleep模式和Deep Sleep模式。
　　
2 系統硬件結構
　　
較完整的手持設備系統主要由OMAP5912、TPS6501O、AD/DA、LCD、SDRAM、人機接口以及Flash組成。其硬件連接如圖2所示。圖中，DSP是核心控制單元;AD用于采集模擬信號，并將其轉變成數字信號;DA將數字信號轉換成模擬信號;人機接口主要包括鍵盤(pán)接口。Flash保存DSP所需的程序，供DSP上電調用。此外，使用DSP的HPI接口連接到PC機。