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智能手机的系统架构及其低功耗设计

来源:    作者:     发布时间:2015-05-21 06:20:02     点击数:



在coms芯片上,为了防止静电造成损坏,不用的引脚不能悬空,一般接下拉电阻来降低输入阻抗,提供泄荷通路。需要加上拉电阻来提高输出电平,从而提高芯片输入信号的噪声容限来增强抗干扰能力。但是在选择上拉电阻电感器生产时,
必须要考虑以下几点:

a)从节约功耗及芯片的倒灌电流能力上考虑,上拉电阻应足够大,以减小电流;

b)从确保足够的驱动电流考虑,上拉电阻应足够小,以增大电流;

c)在高速电路中,过大的上拉电阻会使信号边沿变得平缓,信号完整性会变差。

因此,在考虑能够正常驱动后级的情况下(即考虑芯片的vih或vil),尽可能选取更大的阻值,以节省系统的功耗。对于下拉电阻,情况类似。

2.3.2对悬空引脚的处理

对于系统中cmos器件的悬空引脚,必须给予重视。因为cmos悬空的输入端的输入阻抗极高,很可能感应一些电荷导致器件被高压击穿,而且还会导致输入端信号电平随机变化,导致cpu在休眠时不断地被唤醒,从而无法进入睡眠状态或其他莫名其妙的故障。所以正确的方法是,根据引脚的初始状态,将未使用的输入端接到相应的供电电压来保持高电平,或通过接地来保持低电平。

2.3.3缓冲器一体成型电感的选择

缓冲器有很多功能,如电平转换、增加驱动能力、数据传输的方向控制电感器 设计等,当仅仅基于驱动能力的电感器厂家考虑增加缓冲器时,必须慎重考虑,因驱动电流过大会导致更多的能量被浪费掉。所以应仔细检查芯片的最大输出电流ioh和iol是否足够驱动下级芯片,当可以通过选取合适的前后级芯片时应尽量避免使用缓冲器。

2.4电源供给电路

由于使用双cpu架构,外设很多,需要很多种电源。仅以主cpu来说,就需要1.3v、2.4v和2.8v电压,因此需要很多电压变化单元。通常,有以下几种电压变换方式:线性调节器;dc/dc;LDO(低漏失调节器)。其中ldo本质上是一种线性稳压器,主要用于压差较小的场合,所以将其合并为线性稳压器。

线性稳压器的特点是电路结构简单,所需元件数量少,输入和输出压差可以很大,但其致命弱点是效率低、功耗高,其效率η完全取决于输出电压大小。

dc/dc电路的特点是效率高、升降压灵活,缺点是电路相对复杂,纹波噪声干扰较大,体积也相对较大,价格也比线性稳压高,对于升压,只功率电感器能使用dc/dc。因此,在设计中,对于电源纹波噪音要求不严的情况,都是使用dc/dc的电压转换器件,这样可以有效地节约能量,降低智能手机的功耗。

2.5led灯的控制

智能手机电路中,键盘和lcd背光灯工作时会消耗大量能量。例如本文架构中使用的lcd,其背光灯电气要求如下:正向电流典型值为15ma,正向电压典型值为14.4v,背光灯消耗功率典型值为216mw。


由此可以看出,在正常工作时,lcd背景led灯功耗非常大。因此,在设计中,必须降低led灯的功耗。可以通过以下方法:

a)在led灯回路中短接一个小电阻,改变阻值,用来控制led灯工作时的电流。

b)利用人眼的迟滞效应,使用pwm(脉宽调制塑封电感器)信号来控制led灯的开关。

在主cpu中,通过配置寄存器gpcon_u、gpcon_l可以把gpio20一gpio23和gpio2-gplo5配置成pwm信号输出,再配置内部相应的寄存器,控制pwm输出信号的频率和占空比,作为控制引脚来控制led背光灯,以此来降低lcd背光灯的功耗。


;c)在手机图形界面上提供一个调节背光灯亮度的界面,让用户在系统设置的led灯亮度基础上,进一步调节背关灯的亮度,这样,既增加了手机使用的灵活性,又进一步降低了手机的功耗。

2.6无线modem部分的控制

如图1所示,智能手机的硬件体系结构采用双cpu架构,无线modem作为主cpu的一个外设,与主cpu芯片的其他外设相比,具有其特殊性,例如当智能手机处于睡眠模式时,可以直接关闭lcd、摄像机等外设的供电电源,而无线modem不行,必须要求无线modem具有继续等待来电、搜索网络等功能,而不能直接将其关闭。而对于本文硬件架构中的无线modem方案,其中也拥有一个系统,内部运行完整的gsm(全球移动通信系统)协议和独立的电源管理模块,主cpu可以通过uart口和无线modem进行电源管理协商。无线modem内部的电源管理由自己来控制,当无线modem处于空闲状态时,自己能完好地进入和退出待机模式。因此,在本文的硬件架构的设计上,当智能手机开机时,给无线modem加电、关机时,对modem进行断电。 1

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