S3C2440A嵌入式手持終端電源管理系統設計
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電源管理(Power Management，PM)是電子系統中必不可少的技術。由于采用了先進的電源管理技術，移動電話、PDA等產品得到了廣泛的應用。如果不采用完善的電源管理技術，移動電話的通話時間可能不超過2 min。隨著人們對嵌入式手持終端設備功能水平要求的不斷提高，手持終端的功耗也在不斷增高。與之相矛盾的是，手持終端的尺寸卻在不斷縮小，工作時間也在不斷延長，使嵌入式手持終端電源系統管理面臨越來越大的壓力。如何設計出性能穩定、功耗低的電源管理系統已經成為嵌入式手持終端設備開發的難點之一。本文重點介紹基于微處理器S3C2440A的手持終端電源管理系統。
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是專門為各類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。
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、無線模塊、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，需要專用的驅動芯片為其供電。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也需專門的驅動電路。其余部分(如GPRS、無線模塊、音頻等)都為3．3 V。
1．2 休眠模式下供電需求
CPU 90％以上的時間處于休眠模式，休眠狀態下電源管理的好壞對于手持終端工作時間的長短起著決定性作用。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。實時時鐘需要在休眠模式和系統關機時依然對其供電。PWREN為控制信號，在CPU進入睡眠后，PWREN為低電平，可通過此引腳關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控制外設控制器的開關來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都用到。通過設置寄存器可以有選擇地關閉不需要的功能模塊，盡量將不使用的控制器關閉，盡可能節省功耗。因為如果不將其關閉，即使它們沒有處于工作狀態，仍然會消耗電流。
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。系統完成所有任務后，如果持續時間超過某一閾值(該時間間隔可由系統提供的計時模塊設定)，電源管理模塊將系統轉換至休眠狀態，直到有新任務請求到達時再喚醒系統，則執行任務。通過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滿足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。電池的電源經過Buck變換器后，輸出3．3 V供給I／O、VDDalive等端口；3．3 V經過LDO變換器輸出1．2 V，為休眠時CPU內部能量管理模塊供電。電池電壓經過LDO變換器輸出3．3 V，直接給實時時鐘RTC供電，只要手持終端電池電壓大于3．3 V，系統RTC就會工作。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關閉充電。
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