【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】电源电路设计

《【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】电源电路设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】电源电路设计（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 广州致远电子广州致远电子股份股份有限公司有限公司 文库资料文库资料 2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 ZLG 致远电子，转载或引用请注明出处 1 ARM9 嵌入式系统硬件设计指南 【ARM9 嵌入式系统硬件设计指南】电源电路设计 摘摘要要 EasyARM-i.MX283(7)A 需要 3 路电源：5V、4.2V 和 3.3V。其中，系统 5V 电源供 给 USB Host、液晶屏使用；4.2V 电源供给 CPU 使用，经过处理器内部 PMU（电 源管理单元），转换出一路 3.3V 电源（供给 NAND、启动配置电路

2、）、一路 1.8V（供给 DDR2）；本节将为您讲述EasyARM-i.MX283(7)A 的电源电路设计。 ZLG 致远电子十余年的嵌入式硬件设计秘笈首度公开！ARM9 嵌入式系统硬件设计指南配套划时代精品 EasyARM-i.MX283A 开发平台同期发布，深入剖析ARM9 硬件设计的每一个毛孔，助您完成前所未有的技术飞跃！ 4.4 电源电路设电源电路设计计 4.4.1 总系统电源电路设总系统电源电路设计计 EasyARM-i.MX283(7)A 需要 3 路电源：5V、4.2V 和 3.3V。 其中，系统 5V 电源供给 USB Host、液晶屏使用；4.2V 电源供给 CPU 使用，经

3、过处理器内部 PMU（电源管理单元），转换出一路 3.3V 电源（供给 NAND、启动配置电路）、一路 1.8V（供给 DDR2）；系统 3.3V 电源供给部分外围电路使用，如 TF 卡、以太网、蜂鸣器、RTC、LED 等。 4.4.2 5V 电电源源 5V 电源直接由系统外部供给， 有两种供电方式： MicroUSB 接口 （J12） 和 OPEN工业插头（J3，间距 5.08mm）。默认采用 MicroUSB 接口供电，OPEN 工业插头默认不焊接，用户如果需要采用该接口供电时要将 J12（MicroUSB）取下，将 J3焊上。 4.4.3 4.2V 电电源源 4.2V 电源仅供给处理器使

4、用，综合功耗、成本等因素考虑，决定采用成熟的NCP1529 电源方案，该芯片关键特性如下 高达 96%的转换效率； 输出电源可调：0.9V3.9V； 最大输出电流 1A； 关断电流为 0.3A，静态电流 28A； 开关频率 1.7MHz； 集成短路、过流及 ESD 保护。 NCP1529 可极大缩小 PCB 面积、提升电源使用效率及减少发热量，适合用于高密度电路中，如便携设备、电池供电系统。参考电路如图 4-6 所示。 输出电压可通过改变 R10、R12 的阻值来调节，参考公式： 广州致远电子广州致远电子股份股份有限公司有限公司 文库资料文库资料 2014 Guangzhou ZHIYUAN

5、Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 ZLG 致远电子，转载或引用请注明出处 2 ARM9 嵌入式系统硬件设计指南 其中，反馈电压 VFB 0.6V。 图 4-6 4.2V 电源电路 注：考虑到处理器内部已处理了上下电时序，因此电源设计没有特定的时序。 4.4.4 3.3V 电电源源 3.3V 系统电源供给 TF 卡、以太网、蜂鸣器、RTC、LED 等外围电路，无需供给处理器。 综合考虑系统功耗、 成本、 设计复杂度， 决定采用 SPX1117M3 产生 3.3V电源，SPX1117M3 最大输出电流达 800mA，完全满足系统功耗需求。3.3V 电路如图 4-7

6、所示。 图 4-7 3.3V 电源电路 4.4.5 i.MX28 内部内部 PMU 介介绍绍 i.MX28 多媒体应用处理器内部集成有高效的电源管理单元（PMU）。它由DCDC、若干个线性稳压器及电池充电模块组成。外部只需给 CPU 提供 5V 或 4.2V电源（电池电源），PMU 就能自动产生 CPU 正常工作所需的所有电压。这不仅极大降低了硬件成本， 同时还降低了系统电源设计的难度， 使得 i.MX28 非常适用于电池供电的便携设备。 广州致远电子广州致远电子股份股份有限公司有限公司 文库资料文库资料 2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co.

7、, Ltd. 文章源自 ZLG 致远电子，转载或引用请注明出处 3 ARM9 嵌入式系统硬件设计指南 图 4-8 PMU 内部结构框图 如图 4-8 所示，为 i.MX28 PMU 内部框图。PMU 通过 DC-DC 转换器或多路线性稳压器，提供 VDDIO、VDDA、VDDD、VDD1P5、VDD4P2 等多种电源供应处理器内部和外部使用。各电源的关系及应用如下： VDDIO：未启动 DC-DC 转换器时，由 VDD5V 经线性稳压器输出；DC-DC 转换器启动后，由 DC-DC 输出得到。该电源可以为 NAND Flash、SD/MMC 等 3.3V外设供电。 VDDA：未启动 DC-DC

8、 转换器时，由 VDDIO 经线性稳压器输出；DC-DC 转换器启动后，由 DC-DC 输出得到。该电源可以为模拟器件、1.8V 外设、DDR2 或LP-DDR1 等供电。 VDDD：未启动 DC-DC 转换器时，由 VDDA 经线性稳压器输出；DC-DC 转换器启动后，由 DC-DC 输出得到。该电源可以为 CPU、时钟电路等数字器件供电。 VDD1P5：由 VDDA 经线性稳压器输出得到。该电源可以为外部 LV-DDR2 供电。 VDD4P2：由 VDD5V 经线性稳压器输出得到。该电源作为 DC-DC 转换器的供电电源之一。 在为 i.MX28 处理器设计供电电源时，可为处理器 PMU

9、提供 3 种供电方式，分别是： 5V 单独供电：如 USB 供电，5V 电源适配器或 5V 线性稳压器供电； 4.2V 单独供电：如电池供电，或通过线性稳压器、DCDC 产生的 4.2V 电源供电； 电池供电：即采用电池供电，5V 电源作为电池充电电源。 4.4.6 i.MX28 采用采用 5V 单独供单独供电电 如图 4-9 所示，为 i.MX28 采用 5V 单独供电时的电路。外部 5V 电源需要连接到 VDD5V 引脚。同时，4P2 引脚分别通过一个 1K 的电阻接到 DCDC_BATT 和广州致远电子广州致远电子股份股份有限公司有限公司 文库资料文库资料 2014 Guangzhou

10、ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 ZLG 致远电子，转载或引用请注明出处 4 ARM9 嵌入式系统硬件设计指南 BATT 引脚，处理器内部 ADC 会采集 DCDC_BATT 引脚电压，以判断电源是否正常。当 5V 电源有效时，PMU 内部的线性稳压器会自动启动。当线性稳压器输出的电压上升到默认值后， 片上 ROM 代码开始执行。 CPU 启动后， 程序固件会使能 4.2V线性稳压器，输出 4.2V 电源提供给 DC-DC 转换器，DC-DC 转换器开始工作并取代线性稳压器，从而提高电源利用效率。 图 4-9 PMU 5V 单独供电 需要注意的是

11、，当 5V 电源有效时，内部部分线性稳压器输出是一直正常的，因此 CPU 无法进入待机模式。因此需要处理器复位时，需要利用复位信号同时切断VDD5V 输入，推荐电路如图 4-9，其中 nRST 信号为按键复位或看门狗输出复位信号。在 CPU 前期启动（片上 ROM 代码还未开始执行）时，5V 电源的输入电流是限制在 100mA 以下的。 在 4.2V 线性稳压器使能启动前， CPU 各电源域是由线性稳压器供电的，而线性稳压器的输出电流能力比 DC-DC 转换器要低不少。因此在这种供电方式下电源利用率相比电池供电时要低。 4.4.7 i.MX28 采用采用 4.2V（DCDC_BATT）单独供）

12、单独供电电 这是优先的配置，因为 DCDC_BATT 直接给 DC-DC 转换器供电，没有用到内部线性稳压器。显然这种方式电源利用率更高。这在对电源要求及其严格的应用场合显得尤其重要。 广州致远电子广州致远电子股份股份有限公司有限公司 文库资料文库资料 2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自 ZLG 致远电子，转载或引用请注明出处 5 ARM9 嵌入式系统硬件设计指南 图 4-10 4.2V（DCDC_BATT）单独供电电路 如图 4-10 所示，为 4.2V（DCDC_BATT）单独供电电路。采用 4.2V 电源供电时，

13、电源连接到 DCDC_BATT 引脚，同样也连接到 BATT 引脚。此外，外部 5V 电源不能接到 VDD5V 引脚上，否则当 CPU 处于待机状态时系统会从 VDD5V 电源启动。需要注意的是，当使用 USB Device 功能时，外部 USB Host 设备提供的 5V 电源需要接入 VDD5V，以使 Device 功能正常，如果此时芯片需要复位，仍然要切断外部 USB Host 设备提供的 5V 电源，如图 4-10 复位切断 5V_USB 电路。在 4.2V单独供电时，外部 4.2V（电池或其他输入）直接给 PMU 的 DC-DC 转换器供电，要使 DCDC 能够启动，还需要给 PSW

14、ITCH 引脚一个中间电平（0.65V1.5V）且持续时间超过 100ms，如图 4-10 PSWITCH 引脚配置电路。当 DCDC 输出的 3 路电源分别上升到默认的电压值后，片上的 ROM 代码开始执行。 4.4.8 电池供电应电池供电应用用 采用电池供电时，DCDC_BATT 引脚应直接与电池相连。同时，5V 电源可以连接到 VDD5V 引脚从而给电池供电。这是系统最主要的供电方式，也是 BSP 中的默认配置。 图 4-11 电池供电应用 广州致远电子广州致远电子股份股份有限公司有限公司 文库资料文库资料 2014 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock

15、 Co., Ltd. 文章源自 ZLG 致远电子，转载或引用请注明出处 6 ARM9 嵌入式系统硬件设计指南 如图 4-11 所示，采用电池供电应用时，BATTERY、DCDC_BATT 和 VDD4P2之间接肖特基二极管，VDD5V 引脚接入 5V 电源，BATTERY 接入电池；5V 电源和电池也可同时接入。 如图 4-12 所示， 电池供电应用中， 供电电源可以在 5V 和 4.2V（电池电源）之间进行动态切换。 图 4-12 供电电源切换 从5V供电转换为电池供电的过程对时间要求很严格。 当5V电源断开时， DC-DC转换器必须在 CPU 各电源电压跌落前切换为电池供电， 这个过程很短。 为保证在切换期间电源稳定，前一段切换过程是由硬件完成的。当 4P2 引脚电压大于电池电压的 85%时， DC-DC 的控制逻辑 （由 4P2 线性稳压器供电） 就会将 4P2 配置为 DC-DC转换器的电源。当 5V 电源断开时，4P2 线性稳压器输出电压下降、DC-DC 转换器切换为电池供电，同时产生 5V 检测中断。 从电池供电切换到 5V 供电的过程对切换时间没有限制，因此可以通过软件处理。同样，当 5V 电源插入时会产生中断，之后软件使能 4P2 线性稳压器，并设置4P2 线性稳压器的输出作为 DC-DC 转换器的输入电源。 电池充电功能仅在电池供电应