電源管理芯片TPS65910A3與開關按鍵控制器STM6601的嵌入式應用

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

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)的應用方案。TPS65910A3具有多路電源軌，包含3路DC—DC降壓轉換器，1路DC—DC升壓轉換器以及8路LDO，廣泛應用于便攜式和手持系統(tǒng)。

智能型開關按鍵控制器芯片STM6601，具備更簡單易用的開機、關機以及解凍/重置功能，可避免對終端產品造成損害。此外，這些單芯片整體解決方案可為市場領先的行動和可攜式電子產品廠商簡化設計工作，成功地在產品設計中用一個芯片取代數(shù)十個離散組件。它能夠為電池供電產品提供各種不同的保護功能，包括降低因電池電量不足而無法完成系統(tǒng)啟動時對系統(tǒng)造成的損害，適用于電子書閱讀器、平板計算機、媒體播放器、智能型手機以及數(shù)字相機。

AM3352是TI公司推出的一款ARM Cortex—A8內核的工業(yè)級處理器，主頻高達1 GHz。AM3352處理器采用32位內部總線構架，內含具有單錯檢測(奇偶校驗)的32/32 KB數(shù)據(jù)/指令一級高速緩存，具有錯誤糾正碼(ECC)的256 KB二級高速緩存。

1 TPS65910A3電源分配與上電時序

TPS65910A3具有4路DC—DC轉換器，其中2路高效DC—DC降壓轉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降壓轉換器進行動態(tài)電壓調節(jié)，以便達到節(jié)省功耗的目的。另有一路DC—DC升壓轉換器，輸出電壓最大可達5.25 V。

TPS65910A3的VDD1與VDD2具有動態(tài)電壓調節(jié)功能，與其他DC—DC和LDO都可通過I2C結構進行電壓設置。設計時，將VDD1與VDD2分別接到AM3352的內核電源，即VCC1_CORE和VCC_MPU。當處理器的運行頻率發(fā)生改變時，這兩個內核電壓可以自動調節(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內存和AM3352的內存總線接口供電。VDD3是升壓DC—DC轉換器，可為5 V電源設備供電。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已經固化的模式;另兩種可根據(jù)其引腳BOOT1和B00T0的高低電平進行配置的工作模式。為了滿足AM3352處理器的嚴格上電時序，選擇第一種工作模式。圖1是AM3352的上電時序圖。

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的接口設計

TPS65910A3有兩個I2C接口：一個是普通的I2C接口，另一個是專為SmartReflex而設計的高速I2C接口。在實際應用中，可通過同一組I2C接口對TPS65910A3進行設置而實現(xiàn)電壓調節(jié)。TPS65910A3的工作模式和初始電壓，可通過B00T0和B00T1兩個引腳配置。TPS65910A3相關接口的原理如圖3所示。

為了滿足AM3352的上電時序，BOOT1和BOOT0分別接高電平和低電平，以保證TPS65910A3啟動時從其自身的EEPROM讀取數(shù)據(jù);同時，利用TPS65910A3輸出的復位信號對AM3352進行上電復位。當然，當系統(tǒng)啟動后，用戶可根據(jù)實際需要，通過I2C接口對TPS65910A3進行電源設置，以滿足相關要求。

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

3 STM6601與AM3352電路設計

在整個系統(tǒng)中，STM6601不僅作為開關機管理芯片，而且也作為按鍵檢測的一個裝置。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，實現(xiàn)單個按鍵兼容多種功能，降低成本且節(jié)省空間。STM6601與AM3352電路設計如圖4所示。

STM6601對按鍵的動作表現(xiàn)在其中斷輸出引腳

的電平上。圖5是STM6601開機、短按、長按時，中斷輸出的波形簡圖。

4 開關機流程

啟動需要的設備時，必須滿足以下兩個條件：

①PB引腳被拉至低電平;

②電源電壓VCC必須在按鍵防抖時間30 ms內大于STM6601的上電鎖定電壓VTH+(此電壓與所選芯片型號有關)。

當需要啟動設備時，將按鍵按下且保持至少30 ms，并且在這個區(qū)間電源電壓必須高于VTH+才有效。如果在按鍵防抖時間域內電源電壓低于VTH+，則STM6601內部計數(shù)器將被復位并重新計數(shù)，直至電源電壓高于VTH+。

如果條件滿足，則STM6601在經過防抖時間30 ms之后，其EN引腳將會輸出高電平。此時，DC—DC轉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。當處理器初始化完畢之后，必須在STM6601設定的空白時間內將PSHOLD引腳置高，以保持EN引腳始終為高電平;否則，當超出其所設定的空白時間后，EN引腳將會被重新置為低電平。