S3C2440A嵌入式手持終端電源管理系統設計

1 供電需求
手持終端的CPU采用三星公司的ARM920T內核處理器S3C2440A。S3C2440A是專(zhuān)門(mén)為各類(lèi)手持終端而設計的高性能嵌入式微處理器，主頻可達400 MHz，具有外圍接口豐富、體積小、功耗低等特點(diǎn)。
S3C2440A有4種工作模式：正常模式、慢模式、空閑模式、睡眠模式。4種模式之間可以相互轉換，區別主要在于處理器工作頻率、工作電壓和設備組合的不同。本設計中主要針對正常模式和睡眠模式采用不同的電源管理策略。
1．1 正常模式下供電需求
在正常模式下，CPU以及外圍部件都需要供電。外圍部件主要包括Flash、SDRAM、GPRS、GPS、無(wú)線(xiàn)模塊、LCD、觸摸屏等部分。硬件結構如圖1所示。

CPU電壓分為2組：核心電壓為1．2 V；I／O引腳電壓為3．3 V。USB和GPS供電電壓為5 V。LCD的供電電路比較復雜，需要專(zhuān)用的驅動(dòng)芯片為其供電。由于現在幾乎所有的手持終端都是彩屏，作為調節LCD背光亮度的LED也需專(zhuān)門(mén)的驅動(dòng)電路。其余部分(如GPRS、無(wú)線(xiàn)模塊、音頻等)都為3．3 V。
1．2 休眠模式下供電需求
CPU 90％以上的時(shí)間處于休眠模式，休眠狀態(tài)下電源管理的好壞對于手持終端工作時(shí)間的長(cháng)短起著(zhù)決定性作用。圖2是手持終端在休眠模式下供電需求。

休眠模式下，外部需要通過(guò)VDDalive端口為CPU內部能量控制模塊提供1．2 v／1．3 V電壓，為存儲器接口電源VDDMOP、ADC端口電源VDD_ADC、I／O端口電源VDDOP提供3．3 V電壓。實(shí)時(shí)時(shí)鐘需要在休眠模式和系統關(guān)機時(shí)依然對其供電。PWREN為控制信號，在CPU進(jìn)入睡眠后，PWREN為低電平，可通過(guò)此引腳關(guān)閉睡眠模式下不使用的模塊。

2 電源管理策略
2．1 正常模式下電源管理策略
正常模式下的電源管理主要是通過(guò)控制外設控制器的開(kāi)關(guān)來(lái)達到節約能量的目的。S3C2440A外設接口控制器豐富，但這些控制器不一定同時(shí)都用到。通過(guò)設置寄存器可以有選擇地關(guān)閉不需要的功能模塊，盡量將不使用的控制器關(guān)閉，盡可能節省功耗。因為如果不將其關(guān)閉，即使它們沒(méi)有處于工作狀態(tài)，仍然會(huì )消耗電流。
2．2 休眠模式下電源管理策略
休眠模式下，主要采用Time-out策略，如圖3所示。系統完成所有任務(wù)后，如果持續時(shí)間超過(guò)某一閾值(該時(shí)間間隔可由系統提供的計時(shí)模塊設定)，電源管理模塊將系統轉換至休眠狀態(tài)，直到有新任務(wù)請求到達時(shí)再喚醒系統，則執行任務(wù)。通過(guò)這種方式達到降低系統設備功耗的目的。

3 電源管理系統設計
3．1 硬件設計
嵌入式手持終端電源管理系統硬件設計必須同時(shí)滿(mǎn)足CPU正常模式和休眠模式的供電需求。
3．1．1 休眠模式下供電電路
休眠模式下供電電路如圖4所示。電池的電源經(jīng)過(guò)Buck變換器后，輸出3．3 V供給I／O、VDDalive等端口；3．3 V經(jīng)過(guò)LDO變換器輸出1．2 V，為休眠時(shí)CPU內部能量管理模塊供電。電池電壓經(jīng)過(guò)LDO變換器輸出3．3 V，直接給實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC供電，只要手持終端電池電壓大于3．3 V，系統RTC就會(huì )工作。使用LDO變換器為RTC供電是因為輸入、輸出電壓差別不大，效率較高。但是，CPU的1．2 V電壓通過(guò)Buck變換器和LDO變換器得到，LDO的效率雖然不到50％，但比Buck變換器高。

3．1．2 正常模式下供電電路
正常模式下供電電路如圖5所示。從圖中可看出，電路共包括3個(gè)子模塊：電池管理、電壓管理和負載管理。

電池管理：主要由鋰離子充電電路和充電監控電路組成。外接直流電源通過(guò)充電電路為鋰離子充電電池充電，充電完畢后充電電路自動(dòng)關(guān)閉充電。