引言

TPS65910A3是由TI公司推出的一款性能优良的智能型电源管理芯片。该芯片采用6 mm×6 mm QFN 封装，专门用于以一颗锂离子电池，或锂离子聚合物电池，或3系列镍氢电池，或以5 V电压供电的电源系统的应用方案。TPS65910A3具有多路电源轨，包含3路DCDC降压转换器，1路DCDC升压转换器以及8路LDO，广泛应用于便携式和手持系统。

智能型开关按键控制器芯片STM6601，具备更简单易用的开机、关机以及解冻/重置功能，可避免对终端产品造成损害。此外，这些单芯片整体解决方案可为市场领先的行动和可携式电子产品厂商简化设计工作，成功地在产品设计中用一个芯片取代数十个离散组件。它能够为电池供电产品提供各种不同的保护功能，包括降低因电池电量不足而无法完成系统启动时对系统造成的损害，适用于电子书阅读器、平板计算机、媒体播放器、智能型手机以及数字相机。

AM3352是TI公司推出的一款ARM CortexA8内核的工业级处理器，主频高达1 GHz。AM3352处理器采用32位内部总线构架，内含具有单错检测（奇偶校验）的32/32 KB数据/指令一级高速缓存，具有错误纠正码(ECC) 的256 KB二级高速缓存。

1 TPS65910A3电源分配与上电时序

TPS65910A3具有4路DCDC转换器，其中2路高效DCDC降压转换器为处理器提供电源，可通过德州仪器的class3 SmartReflex接口对该2路DCDC降压转换器进行动态电压调节，以便达到节省功耗的目的。另有一路DCDC升压转换器，输出电压最大可达5.25 V。

TPS65910A3的VDD1与VDD2具有动态电压调节功能，与其他DCDC和LDO都可通过I2C结构进行电压设置。设计时，将VDD1与VDD2分别接到AM3352的内核电源，即VCC_CORE和VCC_MPU。当处理器的运行频率发生改变时，这两个内核电压可以自动调节大小以减小系统功耗。TPS65910A3的VCCIO输出电压与TPS65910不同。前者输出电压为1.5 V，后者输出电压为1.8 V，因此利用TPS65910A3的VCCIO的输出电压为DDR3内存和AM3352的内存总线接口供电。VDD3是升压DCDC转换器，可为5 V电源设备供电。TPS65910A3的LDO可为AM3352及其他外围电路供电。

TPS65910A3具有多种工作模式，一种是其本身的EEPROM已经固化的模式；另两种可根据其引脚BOOT1和BOOT0的高低电平进行配置的工作模式。为了满足AM3352处理器的严格上电时序，选择第一种工作模式。图1是AM3352的上电时序图。

图1 AM3352 上电时序

TPS65910A3各路DCDC以及各路LDO与AM3352的电源域连接简图如图2所示。

图2 TPS65910A3与AM3352连接简图

2 TPS65910A3与AM3352的接口设计

TPS65910A3有两个I2C接口:一个是普通的I2C接口，另一个是专为SmartReflex而设计的高速I2C接口。在实际应用中，可通过同一组I2C接口对TPS65910A3进行设置而实现电压调节。TPS65910A3的工作模式和初始电压，可通过BOOT0和BOOT1两个引脚配置。TPS65910A3相关接口的原理如图3所示。

图3 TPS65910A3接口原理图

为了满足AM3352的上电时序，BOOT1和BOOT0分别接高电平和低电平，以保证TPS65910A3启动时从其自身的EEPROM读取数据；同时，利用TPS65910A3输出的复位信号对AM3352进行上电复位。当然，当系统启动后，用户可根据实际需要，通过I2C接口对TPS65910A3进行电源设置，以满足相关要求。

在TPS65910A3的BOOT1∶BOOT0=[1∶0]模式（即内部EEPROM模式）时，其各路DCDC及LDO默认输出电压及开关状态如表1所列。

表1 DCDC及LDO默认输出电压及开关状态

3 STM6601与AM3352电路设计

在整个系统中,STM6601不仅作为开关机管理芯片，而且也作为按键检测的一个装置。利用STM6601的按键中断输出功能，为AM3352提供包括短按、长按、双击等中断，实现单个按键兼容多种功能，降低成本且节省空间。STM6601与AM3352电路设计如图4所示。

图4 STM6601与AM3352电路设计原理图

STM6601对按键的动作表现在其中断输出引脚INT的电平上。图5是STM6601开机、短按、长按时，中断输出的波形简图。

图5 STM6601中断输出波形简图

4 开关机流程

启动需要的设备时，必须满足以下两个条件：

① PB引脚被拉至低电平；

② 电源电压VCC必须在按键防抖时间30 ms内大于STM6601的上电锁定电压VTH+（此电压与所选芯片型号有关）。

当需要启动设备时，将按键按下且保持至少30 ms，并且在这个区间电源电压必须高于VTH+才有效。如果在按键防抖时间域内电源电压低于VTH+，则STM6601内部计数器将被复位并重新计数，直至电源电压高于VTH+。

如果条件满足，则STM6601在经过防抖时间30 ms之后，其EN引脚将会输出高电平。此时，DCDC转换器被使能并输出电压。PMIC得电并开始工作，从而为处理器提供电源。当处理器初始化完毕之后，必须在STM6601设定的空白时间内将PSHOLD引脚置高，以保持EN引脚始终为高电平；否则，当超出其所设定的空白时间后，EN引脚将会被重新置为低电平。

关机时，将按键按下。此时可由AM3352检测按键被按下的时间长短，如达到3 s后，将PSHOLD引脚置低，STM6601的EN引脚同时被拉低，DCDC降压转换器使能引脚被拉低，设备关机。或者，当系统死机或者程序跑飞而无法进行软件判断时，长按按键10 s（时间设置由STM6601的CSRD引脚外接电容大小决定10 s/μF）则可进行硬件关机。而且，如果在设备正常工作过程中，电源电压低于VTH+,并保持时间T=tDEBOUNCE+tINT_Min+tSRD，则STM6601的使能引脚EN被拉低，设备电源关断。图6是整个系统的开关机流程图。

图6 系统开关机流程图

结语

本系统利用TPS65910A3的高度集成、芯片面积小等特点，缩小了PCB板级的面积，使设备小型化成为了可能。与此同时，利用其可编程性及其本身具有的动态电压频率调节特性，结合相关操作系统，如Linux3.2、Windows CE 6.0等，在一定程度上极大地降低了系统的功耗，延长了电池工作时间。利用智能开关机管理芯片STM6601，保证了开关机的稳定性；利用程序判断开关机，有效地防止了用户误操作而带来的不良影响。