數字電源實現系統低功耗設計

半導體設計和制作工藝技術的不斷提高，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芯片中，實現電源轉換、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上使用簡單的數字電源實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實現對DSP系統各種狀態的檢測。在不同狀態下輸出不同的供電電壓，減小供電電流，實現整個系統的低功耗運行。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個開關電源轉換器Vmain和Vcore、2個低壓差電源轉換器LD01和LDO2以及1個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，芯片無需開關電路。在實際使用中，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。各個不同電壓下的電流一般可以達到400 mA，滿足大部分手持設備的需求。可以通過I2C總線對TPS65010的各種寄存器進行設置，也可以通過通用的引腳將重要的信息通知TPS65010，例如可以通過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ARM9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40位和1個16位的算術邏輯單元(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可以聯合仿真，也可以單獨仿真。
　　
OMAP5912內部專門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機組成。片內ULPD和OMAP5912芯片內部的復位產生模塊以及芯片IDLE和喚醒狀態控制器相連接。片外ULPD的復位管理器負責檢測上電復位和手動復位，并將片內的復位信號輸出;FIQ管理器專門用于檢測電池電壓，一旦出現電池電壓低于或高于系統要求，或者電池電源質量不高(紋波較大、過沖較大、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。