為便攜式設(shè)計(jì)選擇最佳的電源管理接口
2004年5月B版
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便攜式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者要面對(duì)始終存在的新功能添加和功耗降低這兩方面相互沖突的要求。一方面,用戶需要手機(jī)能增加嵌入式攝像頭、附加照明和藍(lán)牙接口等新功能。而另一方面,他們希望便攜式系統(tǒng)能連續(xù)工作一天以上而無(wú)需重新充電。為了讓用戶滿意,設(shè)計(jì)者必須集成系統(tǒng)電源管理元件,這些元件將添加更高的智能和系統(tǒng)通信,以改善總的效率并延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。
對(duì)便攜式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),上述問題就意味著他們必須找出一種方法,將電源管理控制的新功能添加到設(shè)計(jì)中,而不至于增加電路板的復(fù)雜性。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),他們必須限制電源管理器件所用的引腳數(shù),同時(shí)擴(kuò)展其產(chǎn)品的功能集,保證不將微控制器上的所有GPIO引腳用光。
多種選擇
設(shè)計(jì)者可以增強(qiáng)其產(chǎn)品的功能,同時(shí)還滿足功率和占用面積的目標(biāo),途徑是利用各種電源管理功能的不同接口。他們可以從3種基本的接口類型中選出一種。從硬件和軟件的角度看,最簡(jiǎn)單的辦法就是并行總線。這種接口由獨(dú)立的并行控制線構(gòu)成,其最簡(jiǎn)化的和典型的形式是為每個(gè)電源元件的使能端提供一根GPIO線。
雖然并行總線非常有效,但在可擴(kuò)展性方面存在一定的限制。首要的一點(diǎn)是,在所有的接口選擇中,它需要占用的微控制器和外設(shè)引腳更多。此外,它需要占用比其他選擇多得多的PCB面積,以布置各獨(dú)立連接線,這在空間狹窄的便攜式應(yīng)用中是一個(gè)要著重考慮的因素。
最后一點(diǎn),很多便攜式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì),如開合式手機(jī)和PDA,使用柔性的印刷電路板將主板PCB與子板連接到一起。子板上的許多功能,如閃爍光和各種顯示可能需要單獨(dú)的控制線。但要在柔性PCB上完成大量的走線,會(huì)讓成本大為增加,且對(duì)系統(tǒng)可靠性造成不利影響。
串行方法
另外一種流行的方法是采用串行總線來(lái)控制電源管理功能。普遍采用的串行接口,如I2C總線和SMBus,多年以來(lái)就已經(jīng)廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)計(jì),它們得到種類繁多的、經(jīng)過驗(yàn)證的硬件和軟件的支持。很多筆記本電腦和PDA的設(shè)計(jì)者采用串行方法,因?yàn)檫@些流行的串行架構(gòu)只需一條總線就可以支持多種從設(shè)備,簡(jiǎn)化了到多個(gè)外設(shè)的通信問題。
然而,使用串行總線的設(shè)計(jì)者,特別是研發(fā)尺寸很小的手持或者便攜式設(shè)備的人員,必須作出很多困難的折衷。雖然串行總線所用的連線數(shù)目要比并行總線的少,但在空間上的優(yōu)勢(shì)是以速度的損失為代價(jià)的。首先,數(shù)據(jù)吞吐率很少達(dá)到500kbps以上。其次,串行架構(gòu)所用的定時(shí)機(jī)制更為復(fù)雜,迫使設(shè)計(jì)者不得不采用價(jià)格更高的硬件,而且在處理方面,也會(huì)增加核心微控制器和從器件的成本。第三,這些串行總線最少還需要為數(shù)據(jù)、時(shí)鐘以及接地各留出一根線,這對(duì)空間有限的便攜式設(shè)備來(lái)說(shuō),是需要考慮的主要問題之一。
單線接口
