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PXA270嵌入式系統設計一：電源管理部分

近(jin)計劃針對我們華清遠見的教(jiao)學(xue)開(kai)發一(yi)套PXA270系統，我把我的一(yi)些軟、硬(ying)件(jian)開(kai)發過(guo)程記(ji)錄下來和大(da)家(jia)一(yi)起分享、討論。有好的建(jian)議大(da)家(jia)一(yi)定(ding)要及時交流(liu)，lht@farsight.com.cn

平臺硬件功能要求：32M/64M nor flash、64M sdram、10M/100M自適(shi)應網口(kou)(kou)、串(chuan)口(kou)(kou)、SD卡(ka)接口(kou)(kou)、USB主從口(kou)(kou)、實(shi)時(shi)時(shi)鐘、4*4掃(sao)描鍵盤、I2C的e2rom、蜂(feng)鳴(ming)器、A/D、CAN總線(xian)接口(kou)(kou)、VGA接口(kou)(kou)、數字液晶接口(kou)(kou)、音頻接口(kou)(kou)、電源管理等(deng)功能。

平臺嵌入式操作系統要求：

 1、linux：版本2.6.23 并可以運行(xing)google的android手機操作系統

2、Wince：6.0

電路板開發工具(ju)：capture CIS+Allegro

下面(mian)就開始我(wo)們的項目了。做硬件(jian)設(she)計，首先考慮的是(shi)電源設(she)計，所以今天討論的主題(ti)就是(shi)PXA270電源電路設(she)計。

Intel Xscale PXA270處理器是(shi)一個(ge)高度集(ji)成的(de)(de)(de)SOC，并(bing)且(qie)針對電池供電的(de)(de)(de)手持設備如PDA、3G手機等的(de)(de)(de)應用做了(le)優化，是(shi)希望以較低的(de)(de)(de)功耗完成計算(suan)和多媒體應用的(de)(de)(de)產品的(de)(de)(de)理想選擇。 它集(ji)成了(le)豐富的(de)(de)(de)“ 片內外設”，并(bing)專為(wei)(wei)無線應用包含了(le)Intel新的(de)(de)(de)移(yi)動計算(suan)技術。主頻在(zai)13～624 MHz內調節，為(wei)(wei)大多數移(yi)動應用提供足夠的(de)(de)(de)性(xing)能。

系統中這(zhe)些包括音(yin)頻(pin)功放(fang)、USB、LCD、MMC卡(ka)等不同的(de)應用模塊都要求不同功率級(ji)別的(de)穩壓源(yuan)。電(dian)(dian)(dian)源(yuan)管理指(zhi)如何將電(dian)(dian)(dian)源(yuan)有效分(fen)配(pei)給系統的(de)不同組件，即負責(ze)整機的(de)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)供(gong)給及供(gong)電(dian)(dian)(dian)管理調度(du)。

PXA270的電源管理部分比較復雜。這里先討論(lun)和硬件設計相關部分。

一、PXA270的電壓需求及電流需求

圖1.1 典型電源電路

可以看(kan)出(chu)(chu)處(chu)理(li)(li)(li)器需要外部(bu)提(ti)供(gong)的(de)低電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓有VCC_(CORE，PLL,SRAM)，高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓有VCC_(IO、MEM、LCD、BB、USB、USIM)。并且外部(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源管理(li)(li)(li)芯片還(huan)提(ti)供(gong)了(le)nVDD_FAULT和(he)nBATT_FALT信(xin)號（這兩(liang)個(ge)信(xin)號主(zhu)要用(yong)于向處(chu)理(li)(li)(li)器報告電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源異常），而且可以接受處(chu)理(li)(li)(li)器發出(chu)(chu)的(de)SYS_EN和(he)PWR_EN信(xin)號（這兩(liang)個(ge)信(xin)號主(zhu)要用(yong)于控制電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源管理(li)(li)(li)芯片的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓輸出(chu)(chu)，以達(da)到在睡眠模式下節電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)目的(de)）。

表1.1 電壓需求

本系統(tong)中VCC_BB和VCC_USIM不用，其它電(dian)壓確定為：

VCC_BATT	3.0V
VCC_IO	3.3V
VCC_LCD	3.3V
VCC_MEM	3.3V
VCC_USB	3.3V
VCC_SRAM	1.1V
VCC_CORE	0.8—1.45V
VCC_PLL	1.3V

表1.2 VCC_CORE電流需求

VCC_CORE 的電流受平臺硬件配置和所運(yun)行的系統軟件和應用的影響(xiang)比較大,且和設定的工作頻率相關。我們的平臺要求(qiu)大可以(yi)運(yun)行在520M左右，那VCC_CORE要求(qiu)至少(shao)可以(yi)提供1.45V及(ji)689mA左右的電流。

表1.3 其它電流需求

二、選擇合適的電源管理芯片

從上面(mian)的要求可以看(kan)到PXA270需要多種電(dian)壓(ya)，而且好能夠匹(pi)配(pei)它的電(dian)源管(guan)理功能。電(dian)源芯(xin)片選(xuan)擇方案(an)上來看(kan)主要有兩種：1、分(fen)立元件 2、集(ji)成度(du)高的電(dian)源管(guan)理芯(xin)片。

分立元件 指每個(ge)電壓都(dou)單獨特定的一個(ge)芯(xin)片(pian)來(lai)提供，優點(dian)是(shi)設計簡單、價格(ge)也相對便宜；缺點(dian)是(shi)集成度低，占用pcb面積大、不(bu)易管(guan)理控(kong)制。

專(zhuan)用的(de)電(dian)(dian)源管(guan)理芯(xin)片 指(zhi)一(yi)個(ge)芯(xin)片可以提供(gong)PXA270所需的(de)多路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)，并且提供(gong)管(guan)理功能(neng)，如：電(dian)(dian)壓(ya)的(de)動態(tai)調節，電(dian)(dian)壓(ya)監測、開關控制等；缺點：性能(neng)復(fu)雜一(yi)些(xie)，設(she)計難(nan)度(du)稍大(da)、價格也相(xiang)對(dui)高一(yi)些(xie)，還有有些(xie)芯(xin)片在市場(chang)上不太好買。

經過(guo)比較，終還是決定(ding)使用電源管(guan)理芯片(pian)（做嵌入式(shi)嘛(ma)，就是要不怕困難的精(jing)神(shen)，何況還有參考(kao)電路呢）。

目前(qian)，我知道的(de)(de)在PXA270上使用的(de)(de)比較成熟的(de)(de)電源管理(li)芯(xin)片有(you)兩(liang)款，TI的(de)(de)tps65020和美信的(de)(de)MAX1856CETM。這兩(liang)款芯(xin)片和PXA270連接(jie)的(de)(de)參考原(yuan)理(li)圖手頭上都有(you)，價格差別(bie)也不大。終選擇了MAX1856CETM，主要還是考慮(lv)我有(you)它的(de)(de)Allegro封裝(zhuang)（有(you)的(de)(de)時候理(li)由就是這么簡單）。

還有(you)個問題，MAX1856CETM和(he)tps65020目前北京都沒貨，得從深圳拿。目前還是(shi)選MAX1856CETM吧，畢竟有(you)的(de)開發板上用的(de)就是(shi)它。如果后實在不(bu)好拿貨，再換別的(de)方案。

MAX1856有(you)(you)AETM、BETM、CETM，3個功能、封裝(zhuang)兼容的(de)芯片。只是MAX1856CETM輸出(chu)的(de)電(dian)流大。有(you)(you)個朋友用的(de)是MAX1856A（這個要好(hao)買些），但(dan)說有(you)(you)時比較容易燒(shao)。參照(zhao)表1.4及(ji)表1.2和表1.3，可以分析出(chu)之所以MAX1856A容易燒(shao)，是因(yin)為VCC_CORE 需求的(de)電(dian)流很容易就超出(chu)MAX1586A所能提供的(de)500mA。所以選(xuan)擇MAX1856C。

表1.4

關于(yu)MAX1586電(dian)源的功率還可以參考下面幾個(ge)圖：

            

可見VCC_IO是(shi)滿足的(de)。 VCC_PLL VCC_SRAM的(de)功率差不多，我想既然(ran)開發能正常(chang)用，所以這幾個電壓應該也是(shi)滿足的(de)。

三、MAX1856CETM的接線及功能分析

圖1.2 MAX1856CETM和(he)PXA270接(jie)線圖

對(dui)本(ben)系統而言(yan),由于采用(yong)的(de)是外接電(dian)源的(de)方式，所以(yi)不(bu)考(kao)慮電(dian)池充放電(dian)路的(de)管(guan)理。圖1.2是接線圖，采用(yong)的(de)是優龍開發板提(ti)供的(de)參考(kao)圖。由圖可見，MAX1856C提(ti)供PXA270所需要的(de)所有(you)電(dian)壓，圖中：

VCC_CORE: 0.7----1.475V V，復(fu)位時1.3V

VCC_PLL:1.3V

VCC_SRAM:1.1V

VCC_BATT:3.0V

BTBT_IN:3.0V

需要(yao)注意的是(shi)BKBT_IN一(yi)定要(yao)有，不然系(xi)統啟(qi)動不了。不接(jie)它(ta)的話jtag一(yi)復位系(xi)統的3.3V就(jiu)會(hui)丟失，jtag連接(jie)就(jiu)會(hui)斷掉(diao)（這(zhe)是(shi)一(yi)個朋(peng)友的經驗，目前沒分(fen)析出(chu)來(lai)原因）。

PWR_EN: 可以控(kong)制電壓(ya)輸出3、4、5的(de)開關

SYS_EN: 可以控(kong)制電(dian)壓輸出(chu)1、6的(de)開關

VCC_BAT: 不受控制，一直有(you)

PWR_SCL和PWR_SDA：I2C輸入(ru)口(kou)，可(ke)以(yi)用來(lai)控制VCC_CORE的(de)電壓（0.7—1.475V）

電源(yuan)管理部分(fen)(fen)就到(dao)這(zhe)了(le)(le)，后面要考慮“時鐘(zhong)部分(fen)(fen)”的設(she)計(ji)了(le)(le)。