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图解平板电脑电路原理和维修2

2020-02-21  h0ping

3.3 平板电脑电源电路概述

平板电脑电源电路分为分布式电路结构和集中式电路结构两种形式。分布式电路结构由多个独立的电源IC模块组成,具体的电路组成见后文;而集中式电路结构则由一个或两个电源IC组成,内含多路电源,具有体积小、耗电少、智能化程度高等优点。

3.3.1 开机电路概述

电源的开机电路有以下4种方式。

① 直接由拨动开关控制的电源通断的接法,即直接切断电源或连至电源。

② 开关机按键接到某个电源IC的某个引脚上,如“EN”引脚、“ON”引脚等。

③ 开关机按键接到处理器CPU的某个引脚上,如PWRKEY等。

④ 开关机按键接到电源管理单元PMU/PMIC上。

3.3.2 平板电脑的启动过程

通过学习平板电脑的启动过程,可以对分析工作原理有更深一步的了解。

平板电脑中的CPU加上正确的电源,加上时钟信号,然后进行CPU复位,复位之后,CPU便对内核(硬件部分的核心部件/组件)进行初始化。所谓初始化,就是CPU运行一段叫Uboot(有的叫Bootloader)的代码,对PLL单元、MPU单元、中断向量表、存储器,以及堆栈看门狗定时器、地址映射、相关寄存器等进行初始设置,为下一步的正确运行初始化好工作环境。初始化完成后,CPU会将NAND Flash中的代码复制到RAM中,使CPU从内存RAM中读取代码并执行。同时,开始对CPU的组件及外围设备进行初始化。例如,对各种接口的控制器、各种组件设备进行初始化,初始化完毕以后,有一些平板电脑在此设计了一个等待用户按键的交互操作(对于具体细节,不同的平板电脑会略有差别),等待用户按下某个键或多个键。根据用户所按按键的不同,进入不同的界面,以方便对平板电脑的检测和维护。例如,进入Recovery模式,进行一些操作;或者进入Fast Boot模式,进行另外一些操作;或者进入其他模式,运行一些其他的操作。如果CPU发现没有按键被按下,则开始加载(LOADING)内核代码Kernel。Kernel是属于操作系统的代码,如Linux等。至此,对平板电脑的控制,将由操作系统来管理,也就是控制权交给操作系统了。操作系统会加载文件系统,运行第一个程序—ini程序,启动一些服务程序,启动后台程序zygote,再启动系统服务程序System Server,将一些外围组件的功能开启。随后,便显示平板电脑的桌面。至此,平板电脑开机的程序加载完成,平板电脑的启动过程完成,用户可以对这台平板电脑进行操作了。

3.3.3 常见的8种开机电路

(1)简单的拨动式开、关机电路如图3-50所示。

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图3-50 简单的拨动式开、关机电路

直流电压或USB接口电压是5V,经过电容滤波、小阻值电阻限流,再经二极管D1给电池充电。同时经二极管D1给整机供电,当不接直流电压或USB 5V时,电池电压经过拨动开关K给整机供电或断开整机供电。

(2)另一种拨动式开、关机电路如图3-51所示。

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图3-51 拨动式开、关机电路

这种拨动式开、关机电路的原理是从直流电源DC IN端输入外接电源电压,经过R11和R12分压得到表示直流外接电源接入的直流电源信号,送给CPU电路作检测用,然后经二极管D8,再经电阻R2给电池充电,同时经过拨动式开关S2给整机供电。同样,也可以通过USB接口供电,USB电压从USB IN处输入,经过R14和R20分压,得到USB电压。已接入的USB电压检测信号送给CPU,然后经过二极管D3,再经电阻R2给电池充电,同时经开关S2给整机供电。当不外接直流电源,同时也不接USB端口USB IN时,整机供电则由电池提供,电池电压经过S2给整机供电。

(3)采用稳压IC的拨动式开关机电路如图3-52所示。

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图3-52 采用稳压IC的拨动式开关机电路

通过调整R13和R15两个电阻值的大小,可以调整输出电压的大小。

(4)带有充电电路(充电IC)的拨动开关式开关机电路如图3-53所示。

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图3-53 充电IC的拨动开关式开关机电路

当有外接电源时,由外接电源经过二极管D7和D5,再经过拨动开关S4,给整机供电,同时给充电控制IC端加电,由充电控制IC完成对电池的充电,当没有外接电源输入时,则由电池经过场效应管Q33,再经过拨动开关S4,给整机供电。

(5)非拨动开关式的按键开机电路如图3-54所示。

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图3-54 非拨动开关式的按键开机电路

当按下开机按键时,Q6导通,Q1导通,经过电感、电容、二极管组成的滤波电路滤波后,给整机供电,当整机供电正常后,由CPU或其他电路送出一个电压保持信号,即HOLD信号,使Q7导通,同时也使Q1导通,这时,即使开机按键断开,也能继续给整机供电。

(6)控制电源IC引脚的按键开机电路如图3-55所示。

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图3-55 控制电源IC引脚的按键开机电路

基本原理同按键式开机电路一样。

(7)开机按键接在PMU或PMIC上的开机电路如图3-56所示。

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图3-56 开机按键接在PMU或PMIC上的开机电路

电源管理单元(PMU)平时由电池供电,因为电池只给PMU中很少的一部分电路供电,所以平时很省电,耗电电流大约只有几十微安,当按下开关按键S7时,PMU输出多组不同的电源给整机供电,当再次长按开关按健S7时,由于PMU能识别短按、长按,所以此时会关机。

(8)开机按键接在CPU上的开机电路如图3-57所示。

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图3-57 开机按键接在CPU上的开机电路

开机按键接在CPU的某个引脚上,而CPU的供电则由稳压IC提供。因为此时CPU只有很少一部分电路在工作,绝大部分CPU电路没有电源,也不会工作,所以耗电极微。当按下开机键时,CPU输出电源开启的控制信号控制电源模块开启,输出电源电压,当再次长按开机按键时,因为CPU具有识别长按、短按功能,所以此时CPU就会输出电源关闭信号,将外部电源电压的输出全部关闭,完成关机。

3.4 电源管理单元PMU/PMIC

3.4.1 电源管理单元的作用

电源管理单元(PMU)或电源管理集成电路(PMIC)有以下几大作用:开、关机控制;输入电源自动选择切换;按时序输出多路电压;电池充电控制;电量检测;每路输出电压的过压保护、欠压保护;过流保护及每路电压的开关控制;CPU核心电压的动态调整(在PMU内部工作的电源工作在开关状态,所以有开关工作频率,根据CPU负载的大小,可以调整电源的开关频率,从而调整CPU核心电压的大小,这就是根据负载情况,来进行动态调整,即DUFS);以及电池温度、IC内部温度超温保护等作用。

与传统的非PMU电路相比,电源管理单元有以下优点:提高了电源转换效率;更低的电源噪声;更小的体积;更低的功耗;大大延长电池工作时间。

3.4.2 电源管理单元的工作原理

电源管理单元是一个模块或一个集成电路,这个模块或集成电路也需要电源,所以首先要给PMU提供正常工作所需的电源电压。当按下接在PMU上的开机按键时,电源管理单元根据PMU内部设定的上电时序,按先后顺序输出多路不同的电压。首先是送给CPU部分的电压。一般情况下,首先提供VRTC电压、VIO电压和Valive电压(不同的CPU或ARM,可能电压的名称不一样),以上电压是待机时或关机时,不会断电的电压,其次送出的是Vlog逻辑电路部分的电压,然后给CPU内存及内存控制器等提供相关的VMEM电压,然后再输出内部时钟VPLL电压,再输出内核部分的VCORE电压,最后,CPU开始复位,复位后,CPU会输出HOLD信号给PMU,PMU则继续输出外围模块所需的其他电源电压,如音频部分所需的电源电压VAU,显示电路所需的电源电压VCCD、VCED等,触摸屏所需的电压VTP,USB电源电压,各个接口电源电压等,这时CPU和PMU都进入正常的工作状态了。在工作运行过程中,CPU通过SCL和SDA这两个信号线(又叫I2C总线)对PMU进行控制。例如,根据CPU等负载的大小(功耗及电流的大小)、CPU的工作状况以及其他一些条件,来动态地调整PMU内开关电源的开关频率的高低,从而调整电压的大小(即DFVS功能)或者适时打开或关闭某路电源,对PMU进行实时控制和调整,从而达到降低功耗、节省电量、延长使用时间的目的。如果在运行过程中,PMU或外部发生了异常(异常的种类见3.4.4节所述),则PMU通过INT(或IRQ)中断信号向CPU发出中断请求,CPU则根据中断,通过I2C总线获取不同的事件,进行不同的处理,从而使整机能正常地运行。

以上是PMU的基本工作原理,大部分的PMU都是如此,但细节上可能会有差异。如有的开机按键接在CPU一端,则开机按键的检测是由CPU来完成的,而不是由PMU来完成。在上电时序上,也会略有差别,有的PMU是专门为ARM或CPU定制的,内含ROM程序,上电时序是不能更改的,也不能用于其他的CPU或ARM;而有的PMU的上电时序是非定制的,需要给PMU编程来设定上电时序,同时因为ARM或CPU的不同,上电时序也会略有不同,上电时序应按照CPU或ARM的上电时序要求来完成。

另外,外部某些功能模块在不使用时,是没有供电电压的,只有在使用该模块时,才会为其提供电压;有的PMU还控制着时钟的频率和启闭。例如,某个部件模块或某个总线的时钟(在工作时送给高频率的时钟,而空闲时则以低频率的时钟工作),这是为减少功耗、节省电源电量而设计的。

3.4.3 电源管理单元的上电时序

有的ARM、CPU对上电时序有要求,同时上电可能会使ARM、CPU不能正常工作,甚至有的不能正常启动、开机。如果同时上电,可能还会造成启动电流过大,一部分电路不能正常工作,甚至烧毁某些芯片,所以复杂的ARM或CPU以及其他一些电路都会对上电时序提出要求,按芯片的要求,按规定的顺序和时间间隔来给芯片上电。

3.4.4 电源管理单元异常事件的种类

电源管理单元异常事件的种类有:按键按下,直流电流接入PMU;USB电源接入PMU;电池电源接入PMU(或者上述电源从PMU中移出);每路输出电压过高(过压)或过低(欠压);过流。充电开始、充电结束、低电压告警、电池温度、PMU内部温度、外部温度等这些值都放在PMU的寄存器内,供CPU通过I2C总线读取,并作相应处理。

3.5 电源中的充电电路

根据平板电脑的充电电路结构的复杂程度,大致可以分为三种结构:一是单独的充电IC构成的电路,如图3-58所示;二是由电源管理单元PMU内置的充电电路组成的,如图3-59所示;三是充电IC和CPU共同构成的,如图3-60所示。虽然电路结构不一样,但充电原理差不多,有的功能多些,有的精度高些,有的保护电路多且完善,有的经总线控制或传输参数数据,电路复杂的充电IC外围电路虽然简单,但内部电路功能完善却需软件支持。

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图3-58 独立充电IC电路

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图3-59 PMU/PMIC内置充电电路

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图3-60 CPU和带有总线的独立充电IC电路

平板电脑充电电路原理图如图3-61所示。

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图3-61 充电电路原理图

充电电路首先对电池电压进行检测,也就是对电池电量进行检测,当电池电压低于某个电压值时,就认为电池电量低,需要进行充电了。这是充电电路要做的第一件事:电池电量检测。充电电路对电池电压的检测电路,分为模拟电路和数字电路两种。模拟电路的检测部分多由运算放大器一类的电路构成,其特点是充电IC的引脚有同相输入端和反向输入端,而数字电路不会有这两个信号输入端;数字电路则由ADC电路构成。电池电压经过模拟电路或数字电路的检测后,如果发现电池电压低于某个值(如3.6V,此值会根据不同的电池型号有所不同),说明要进行充电。要想对电池充电就需要有直流输入电源,所以第二步就是检测是否有直流电源输入。如果有直流电源输入,则充电IC输出一个控制信号,将这个直流输入电源切换到充电电路,为充电做好准备。通常在该直流电源输入电路中还串有一个检测输入电流大小的取样电阻,将取样电阻两端的信号送给充电电路,以防止输入过大的电流,保护后面的电路(如短路保护、过流保护等,如果发生短路故障,充电电路会及时输出控制信号,将直流输入电源断开)。充电电路将输入的直流电源切换到充电IC后,同时输出一个控制信号,将充电电路(充电IC)的输出电压切换到电池上,给电池充电。这个控制信号是一个脉宽控制PWM信号,不但控制切换输出电压,同时控制充电电流的大小和启停。为了对充电电流进行检测和控制,通常在充电IC的输出端还串有一个用于检测充电电流大小的取样电阻,该取样电阻所取出的信号送至充电IC,由充电IC根据此信号进行充电控制,并对输出电流过大等进行保护。

当对电池进行充电时,会根据电池电压的不同,分为快充和慢充,具体电压值会根据不同的电池型号有所不同。平板电脑中最常见的电池电压的标称值是3.7V,当低于3.6V时则进行充电。同时,充电IC输出一个状态信号,如点亮一个发光二极管,或者给出一个充电信号给CPU等其他电路,用于表明现在电池电量低,需要充电。如果开始对电池充电,则点亮发光二极管,指示电池正在充电。当电池电压低于3.6V时是快充(大电流),高于3.6V时是慢充(小电流)。如果电池电压低于3.2V,仍没有对电池充电,则平板电脑自动关机,此时不充电是开不了机的。必须插入直流电源对电池充电,3.2~3.6V之间的充电是采用大电流的快充,大于3.6V时,则采用小电流的慢充,当电池电压达到4.2V时充电停止,充电IC输出到电池的电压降为0,输入到充电IC的直流输入电源被断开,充电指示灯熄灭,充电电路停止工作。

关于充电电路停止的条件,有的是判断电压是否到达最高限制电压(如4.2V);有的通过检测输出端取样电阻上的电压来判断,如果电压为零,则电流为零,说明电池已充满电;还有的会对充电时间进行判断,如果充电时间到了3个小时或6个小时,则充电停止;有的则这几个方法同时都采用。

充电终止电压又叫充电最高限制电压,一般为高于额定电压的10%左右。例如,额定电压为1.2V电池,充电终止电压为1.4V;额定电压为12V的电池,充电终止电压为14V。平板电脑多用额定电压为3.7V的电池,则充电终止电压为4.2V,其他的快充电压和慢充电压可按此比例计算出来,作为维修时的参考数据。

充电电路中还有电池温度保护电路,多数是通过一个热敏电阻RT,将温度参数送给充电电路或CPU,电池过热时充电电路即停止工作。

充电电路维修:根据上述电路原理,按步骤和顺序进行。通常遵循由简至繁的原则:检查外观;测量输入输出;电池是否耗尽;电池是否完好;有输入,无输出;测IC电路;直流电源输入接口是否接触不良;电池接口是否不良;充电IC及周围元器件是否异样;控制用的MOS管、滤波电容、二极管、充电IC等是否有问题。对于复杂的充电电路,可能还会涉及CPU及软件,大致判断后,也可刷机试试。

平板电脑中实际电路IC的型号及引脚作用

独立充电电路IC型号如表3-1所示。

表3-1 独立充电电路IC型号

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在PMU/PMIC内,不但有充电控制,还有开/关机控制、复位控制,并可以输出多路电源。有的还带有总线,和CPU进行通信和控制。

表3-2列出了一些充电IC的引脚定义说明,供分析和维修电路时参考。

表3-2 充电IC的引脚定义说明

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续表

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3.6 电源电路的维修

电源电路在平板电脑中是故障率较高的部分,所有电路模块要想正常的工作运行,都离不开电源的供给。所以在维修平板电脑时,通过简单的外观检查无明显损坏元器件,并确认是电路故障后,首先对电源电路进行检修,测量电源电压端对地的电阻和电压,以判断是否是电源部分的故障。

常见的电源电路的实物图如图3-62所示。通过图可以明显看出电源电路与其他电路的不同,就是在电源IC附近有许多黑色的圆形或者方形的带有磁芯的电感,这是其他IC所没有的,另外就是在电源IC附近滤波电容比较多。一般情况下,即使不用看IC型号,只要看这些黑色电感的附近并有较多的滤波电容,就可以确定这是电源电路部分。

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图3-62 电源电路实物图

电源电路的维修一般遵循先易后难的原则,先对电源电路部分的外观进行检查,看看有无明显烧坏的元器件,电路板上是否掉件、缺件,是否有虚焊、接触不良的地方,电池是否有电,开关按键是否不良等一些简单的检查。如果没有发现任何问题,就要对电源电路进行测量了。对电源电路的维修测量顺序如图3-63所示,

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图3-63 电源电路维修方框图

电源电路按加电顺序划分为5个部分。

① 电源输入部分,包括直流输入、USB端输入和电池输入及其接口。

② 待机和开机部分,包括在没有开机之前一部分电源IC输出电压给CPU,或者给RTC电路,或者给开机按键电路,这部分在没有开机之前就已经存在电压。

③ CPU/PMU部分,这部分是控制CPU或PMU本身的核心电压供电的,并控制着是否给其他模块供电,根据电源电路结构不同,有的经过CPU或PMU的控制,有的则不经过该部分的控制。

④ 外围模块的供电,当CPU或PMU的核心供电正常,并且CPU或PMU初始化正常后,由CPU或PMU输出电源开启的控制信号,给其他模块供电。

⑤ 由操作系统控制的外围模块的供电,有一部分功能模块在平板电脑开机后是不供电不工作的,如WIFI模块、GPS模块、USB接口等,只有当用户使用该功能时,由操作系统根据功能的需要,来控制这些功能模块的电源的开启和关闭,即由操作系统给该模块加电。

对于电源电路的维修,一般先测量电源电压端的对地阻值,无明显异常后,再测量电压。测量电压时,可以先用手触摸电源部分的IC及其他元器件,有无温度发烫的元器件,如有则表明该元器件损坏,先予以更换,如无温度异常的元器件,则进行电压的测量。

下面介绍电源电路的检修流程。

步骤1 电源输入部分的测量

首先测量电池电压是否正常,如果不正常,则更换电池试试,或者看外接直流输入是否正常,或者从USB接入查看是否正常,如果正常,则表明电池部分有问题,可予以更换。如果仍旧不正常,说明输入电路到开机部分的熔丝、二极管、电感以及接口可能有问题,或者控制切换电源的场效应管有问题。输入电路比较简单,就是这么几个元器件,经过简单测量,如无问题进行下一个步骤。

步骤2 待机和开机部分

对于待机部分IC或者开机部分电源IC的测量,可查看电流的大小及是否变化,来帮助判断故障的大致范围,电流无反映、不变化,或电流很小,一般是输入或待机有问题。也可直接测量待机电源IC的对地阻值和电压来判断是否是待机和开机部分的问题。正常情况下这部分应该有为RTC供电的电压和为CPU/PMU供电的电压,如果电压正常,则测量开机电路。开机电路有两种:一种是高电平触发开机;另一种是低电平触发开机。若为高电平触发开机,则开关键的一端接电源正极;若为低电平触发开机,则开关键一端接地,另一端接CPU或者PMU,或者其他电路结构的开机触发电路。测量开机按键是否有问题,则测量与开机电路有关的元器件是否正常。如果开机电路没有问题,则需要检测的是CPU或PMU的待机部分。有时即使待机电源或开机电源IC正常,但CPU/PMU的待机部分有问题也是没有电压的,如CPU/PMU的RTC电路、32.768 kHz电路、逻辑接口电路损坏,以及GPIO部分有问题,或者内部复位电路有问题等,都会造成没有电压输出。所以在检测完待机和开机部分后,同时对上述部分进行测量,如果待机和开机电路也没有问题,进入下一步骤,对CPU/PMU部分进行测量。

步骤3 对CPU/PMU部分进行测量

当待机开机电路部分正常后,按下开机键时,需要一个或多个核心电压送到CPU的电源引脚,CPU内部电路开始运行。如果供电正常,则电流开始增加。这是开机后电流有变化的第一步。这几个核心电压供给CPU内部的时钟电路、控制逻辑电路、系统内部的模块电路及复位电路等,CPU执行内部的初始化工作,然后使CPU内部时钟电路正常工作,最后使CPU的复位电路正常工作,使CPU处于准备就绪的状态,此时CPU会输出一个电源维持信号HOLD,还会输出一些控制其他电源IC开启的信号。对于CPU/PMU这部分的测量,就是测量CPU/PMU的一个或多个供电电压是否正常。如果正常,CPU会输出控制其他电源IC的控制信号,这说明CPU/PMU部分是好的。如果这一个或多个电压不正常,则应检测供电的电源IC及外围元器件是否正常,用测量电阻法、测量电压法及开路法,判断出故障范围和元器件,予以更换。如果电源部分完好,则需检测CPU部分是否虚焊或者损坏。如果CPU/PMU输出了控制其他电源IC的控制信号,或者其他电源IC已经有输出电压,则证明CPU/PMU部分是好的,可进入外围模块的供电测量。

步骤4 外围模块的供电测量

外围模块的供电由分布的电源IC供给,或者由PMU供电。对这些电源电路的检测,通过测量有无电压来判断。如果没有电压,则测量该电源IC的输入电压是否正常。如果正常,测量该电源IC的控制信号是否正常。如果正常,则测量该电源IC的外围元器件是否正常。如果正常,则说明该电源IC已经损坏,更换即可。对于有多个电源IC输出的,按上述方法逐一检测。如果是PMU单元,则可用同样的维修方法和思路,只对该IC检测即可。如果该部分电源电路没有问题,进入下一步的测量。

步骤5 由操作系统控制的外围模块的供电

这部分的维修相对简单,因为此时平板电脑已经可以运行,这部分的故障表现为仅仅是某个功能丧失或不能使用,可用万用表对该电源IC的输入电压是否正常、输出电压是否正常、控制信号是否正常及外围元器件是否正常进行测量,从而判断该电源IC是否正常。

对电源电路的维修,一般是按上述顺序测量电阻电压值,根据不同的CPU型号,不同的PMU、PMIC型号,不同的电路结构会略有不同。接下来提供的常见20种电源电路则是很好的维修参考依据。

3.7 常见的20种电源电路及说明

3.7.1 一种典型的电源电路

一种典型的电源电路方框图如图3-64所示。直流电源DC-IN经过二极管D1、熔丝F1送至开机电源电路U1的第二脚IN端,同时电池电源经熔丝F2也送至U1的第二脚IN端,作为U1的输入电源开始给U1供电。输入电源DC-IN或电池电源还经R1和D2送至开机按钮S2端,而S2的另一端则接地。当按下开机按钮S2时,S2被接地,则低电平信号经D2送至场效应管Q1的栅极。这时Q1导通,电池电源经过Q1的源极和漏极以及电阻R2送至电源电路U1的第7个脚EN端。这时电源电路U1开始工作并从U1的第3个脚输出供电电压,经过电感L1为其他电源电路U3、U4供电。一般情况下,U1的第7个脚的EN端应有大于1.6V的电压,U1才会开始工作。U1的第8个脚SS端是软启动端,外接一个电容,该脚电压大于0.9V时软启动结束。U1的第一脚BS端是自举端,外接电容。U1的第5个脚则是FB端,外接两个反馈电阻R6和R7,这两个电阻决定U1输出电压的大小。U1的第6个脚是COMP端,是反馈电压和基准电压相比较后得到的电压,又称比较电压端,外接电容C3和电阻R4用于滤波。

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说明:①~⑧为上电顺序

图3-64 一种典型的电源电路方框图

输入电源DC-IN或电池电源还送到电源电路U2的输入端IN端和控制端EN端,经过电源电路U2输出VRTC电压,作为U5即CPU的待机电压,该电压有着不同的名称,有的称Alive电压,还有的称VDDIO电压,是在没有开机时CPU上就应该存在的一个电压。U1的输出电压送到电源电路U3的输入端IN端和控制端EN端,然后U3输出VCORE电压,送给CPU。另外,U1的输出电压还送到电源电路U4的输入端IN端和控制端EN端,经过U4电源电路输出VDDR电压,给CPU的DDR部分以及DDR内存供电。

当CPU检测到以上几个电源正常后就会输出一个PWR-LOCK信号,经过电阻R3加至三极管Q2的基极,Q2导通后将一个低电平的信号加至场效应管Q1的栅极,使Q1保持导通。这时候即使开机按钮S2松开,整机也不会断电。PWR-LOCK信号在不同的电路中也有不同的名称,有的称HOLD信号,有的称KEEP信号,有的称WDG-ON信号,还有的称PWR-ON信号,但所起的作用都一样,就是锁住或释放电源电路,控制整机的供电。当CPU发出PWR-LOCK信号后,接着会发出开启其他电源的多个控制信号,如PWREN信号等,开始给其他模块提供电压。

开机按钮S2还经二极管D3送至CPU端。在开机状态下,当短按S2时,CPU会进入休眠状态,将一些电源电路关闭。当长按S2时,CPU会输出一个低电平的PWR-LOCK信号。这时Q1和Q2都将截止,电源电路U1停止工作,整机断电。

在图3-64所示电路中,用圆圈内的数字表示出了一种CPU的上电顺序。ARM类的CPU上电顺序大多如此。也有不同的情况,如先上电压较低的电源,后上电压较高的电源。不同的CPU上电顺序会略有不同,电源电路的上电顺序应满足CPU的上电顺序要求。

3.7.2 由TC4001和AP 2953构成的电源电路

TC4001和AP 2953构成的电源电路如图3-65所示。

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图3-65 TC4001和AP 2953构成的电源电路

直流电源DCIN经熔丝F1送至场效应管Q4的源极S端,同时经稳压二极管D6和R9送至三极管Q7的基极,Q7导通,场效应管Q4的栅极变为低电平而导通,直流电源经二极管D1加到场效应管Q5的源极。直流电源DCIN经场效应管Q4后,还经过R19送给场效应管Q10的栅极,使Q10截止。而直流电源的另外一路则经二极管D1和电阻R10送到U4的输入端,产生3.3V的RTC33电压供给开机键、CPU及U7,U7则产生1.2V的RTC12电源供给CPU。当直流电源DCIN端没有接入时,则由电池VBAT给整机供电。此时Q10导通,电池电压经Q10送至U4和U7电路产生RTC33和RTC12电压给CPU,使CPU的部分电路开始。而电池电压还送至场效应管Q5的源极,场效应管Q5的导通与否受Q8的控制,而Q8的导通与否,受CPU的控制。当CPU发出一个高电平的控制信号给Q8的时候,Q8导通,Q5也导通,电池电压经场效应管Q5的源极传递到漏极D端,从而给电源电路U1供电。而U1则产生整机供电所需的5V电压SYS5V,这个电压也叫做主供电,给U13、U16、U17,以及Q1和Q2供电。U13的4脚输出1.2V的VCORE电压给CPU,U16的4脚输出1.8V的DDR电压给CPU和DDR内存,U17的5脚输出3.3V的VDDIO电压给CPU和闪存。Q1和Q2的电压输出则受Q9的控制,而Q9的导通与否则受CPU的控制,当CPU输出一个高电平给Q9时,Q9导通,Q1和Q2导通,输出一个5V的DEV5V电压,作为整机的其他外围设备的输入电源。

DEV5V电压给以下8部分电路供电。

① 送到场效应管Q3的源极,从Q3的漏极输出一个LCD5V电压给LCD显示器使用。Q3的导通与否受Q6的控制,Q6的导通与否受CPU的控制。

② 送给U2的输入端,由U2输出3.3V的V33电压,给以太网模块、触摸屏电路等使用。

③ 送至U5的输入端,由U5输出3.3V的WIFI33电压,WIFI33电压送到U6的输入端,U6输出1.8V的WIFI18电压给WIFI电路使用。

④ 送给U8和U9电路,由U8和U9分别输出1.5V和2.8V的电压给摄像头电路使用。

⑤ 送到U10的输入端,由U10输出3.3V的音频电压,给音频电路使用。

⑥ 送到U11的输入端,由U11输出3.3V的GPS33电压给GPS电路模块使用。

⑦ 送给U14和U15电路,分别输出3.3V和1.2V的电压给HDMI接口使用。

⑧ 送给U18,由U18输出背光电压LED+和LED-,给液晶屏的背光电路使用。

图中的U3电路是低电检测电路,当主供电电压太低时,U3的2脚输出RST复位信号给CPU,则CPU复位,各电路电压都不会有输出。

电路中的U12是充电电路,直流输入电源DCIN加到U12的8脚VCC端;7脚和6脚的CS2和CS1端,用于设置慢充电流和快充电流;2脚TS端接热敏电阻,检测电池的温度;1脚接一个LED指示灯,用于指示充电状态;4脚BAT接电池的正端,5脚DRV端外接一个场效应管,通过这个场效应管控制对电池的充电与否。

3.7.3 由EUP8207和EUP3472构成的电源电路

由EUP8207和EUP3472构成的电源电路如图3-66所示。直流输入电源DCIN经电感L1和二极管D1送至电源IC的输入端,同时该直流电源经R63和R59使场效应管导通。该电源加至U41的输入端,U41输出3.3V的电压给CPU,使CPU的部分电路开始工作。当按下接在CPU上的开机键S4时,CPU输出一个电源开启的信号给U37的第7个脚EN端,则U37工作输出一个5V的5VSUS主供电电压,给U38和U39,使U38和U39分别输出3.3V和1.2V的待机电压SUS3.3和SUS1.2,同时5VSUS主供电还送到U42的IN端,CPU的电压开启信号送到U42的EN端,U42开始工作输出1.15V的CPU内核工作电压VDD,送到CPU的电源端。主供电5VSUS还送给U45的供电端,在CPU输出控制信号到U45的EN端后,U45输出3.3V的电压给闪存电路和CPU的内部电路供电。主供电5VSUS还送至U48的IN端,作为U48的供电输入。当CPU输出一个电源开启的信号加至U48的EN脚时,U48输出1.5V的VCCDDR电压,给内存电路和CPU的内部DDR部分供电。当CPU开始加上以上所述的电压后,CPU开始运行,然后输出一些其他的电源开启信号给下面的电源电路,使这些电路开始工作,以输出电压给不同的功能电路模块,这些电路有如下6个部分。

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注:圆圈内的数字代表上电时序/上电先后顺序

图3-66 EUP8207和EUP3472构成的电源电路

① 5VSUS经过场效应管Q22和Q23,输出外围设备所需的5V电压。

② 5V电压加至U45的输入端,由U46输出LED+和LEC-电源,供给按键灯使用。

③ 5V电压加至U49的输入端,然后由U49及其周围电路输出液晶显示屏所需的10V的AVDD电压、4V的VCOM电压、-7V的VGL电压、15V的VGH电压,这些电压送给液晶显示屏模组,点亮液晶显示屏。

④ 由U45输出的3.3V电压VCC33,送至U43的输入IN端,U43输出2.8V的电压VDDCAM,供摄像头模块使用。

⑤ 由U45输出的3.3V电压VCC33,还送给U44电路,由U44输出电动机驱动电压,使电动机运转,产生震动。

⑥ 由U45输出的3.3V电压VCC33,还送给由Q20和Q21组成的电源电路,由Q20输出3.3V的VCCWIFI电压,供WIFI电路使用。

电路中U40是电池电压检测电路,电池电压接在U40的2脚VDD端,1脚输出检测信号。当电池电压太低时,U40的1脚输出一个电池低电信号给CPU,由CPU进行关机或待机的处理。

U47及其周围元器件构成电池充电电路。GS4953是由两个P沟道场效应管组成的6脚集成电路,GS4953中的两个场效应管起切换直流电源输入和充电电路控制的作用。U47的1脚COMP端外接一个串联的电阻和电容,起到滤波的作用;8脚NTC外接热敏电阻,检测电池的温度;5脚CHG端,用于将直流电源接入到2脚的IN端;3脚的GATE信号用于电池充电的控制;7脚ESN端检测充电电流的大小。

场效应管Q18是电池供电切换管,当没有输入电源或输入电源电压过低时,该场效应管导通,由电池开始给整机供电。

3.7.4 由BQ24085和RT8008构成的电源电路

由BQ24085和RT8008构成的电源电路如图3-67所示,直流输入电源DCIN和USB接口输入的电源USB5V经过二极管D1和D2后,经过熔丝F1加至充电电路U2的输入端,再经过二极管D6作为整机的主供电。接在熔丝F1两端的U1是USB保护器件,用于正/反向电压的保护和过流的保护。主供电共分为9路,给不同的模块供电,分别如下:

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图3-67 BQ24085和RT8008构成的电源电路

① 主供电经过U10产生3.3V的VDDRTC3.3V电压,然后再经U11电路产生1.8V的VDDRTC18V电压,供给CPU,CPU的少部分电路开始工作。

② 主供电加至低电压检测电路U9的输入端。对主供电电压进行检测,当发现输入电压低于某个数值时,U9的1脚输出低电平的电压过低信号给CPU,由CPU进行复位、待机或者关机等处理。

③ 主供电加至U3的输入端,同时主供电经过电阻R7和二极管D7,开机按键S1加至U3的输入端,在U3的3脚输出1.8V的VCCSDRAM1.8V的电压,然后再经U4输出0.9V的VDDR-REF电压,这两个电压给内存DDR和CPU的DDR部分供电。

④ 主供电加至U6的输入端。当开机键S1按下时,U6的3脚输出3.3V的VCC3.3V电压,给闪存部分供电,该3.3V的电压还送至U7产生1.2V的VCC ALIVE电压送到CPU端,同时该3.3V的电压还送给U5,而U5是一个低电复位芯片,当电源低于某个数值时,该芯片输出复位信号给CPU。

⑤ 主供电送至U8的输入端,在控制信号的作用下,U8输出1.3V的VCCINT电压。

⑥ 主供电送至U12的输入端,在控制信号的作用下,U12输出3.3V的VDD GPS电压,供给GPS模块电路使用。

⑦ 主供电送至U13的输入端,在控制信号的作用下,U13输出3.3V的LCD 3.3V电压,LCD 3.3V电压还送至U14电路,由U14输出5V的LCD 5V电压,给LCD显示器模组使用。

⑧ 主供电还送至U16的输入端,在控制信号的作用下,U16输出外围设备所需的3.3V电压,此电压还同时送至U15和U18电路,由U15产生1.2V的电压,由U18产生1.8V的电压,分别供给相应的模块电路使用。

⑨ 主供电送至U17的输入端,在控制信号的作用下,在U17的1脚和3脚分别输出LED+和LED-电压,供给按键灯或作为液晶显示器的背光电压。

电路中U2是充电电路,直流输入电源DCIN或USB电源经过二极管接至U2的1脚IN端,而9脚和10脚接电池,2脚外接一个电阻,对充电时间进行设置,3脚和4脚接两个发光二极管,用双灯指示不同的充电阶段和充电状态,7脚的PG信号用于输出电源状态信号,低电平时表示正常,高电平时表示电源故障,此信号送给CPU进行相应处理。6脚的ISET则是充电电流设置端,由CPU经三极管Q2进行充电电流大小的控制。场效应管Q1则是电池电源和外部电源的切换控制管,当外部电源没有或电压太低时,场效应管Q1导通,由电池开始给整机供电。

3.7.5 由EUP8054和KB3426构成的电源电路

由EUP8054和KB3426构成的电源电路如图3-68所示,直流输入电源DCIN经熔丝F1和二极管D2后,形成主供电电源,给下面8个电路供电:

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图3-68 EUP8054和KB3426构成的电源电路

① 主供电经过R2和R3后,形成BATRTC电压,给CPU的RTC电路供电。

② 主供电经过R4加至U2的输入端3脚,而U2是一个低电压检测电路。当U2的输入端3脚电压低于某个电压时,U2的1脚将输出一个低电平的信号,送给CPU,由CPU进行关机或者待机的处理。

③ 主供电还送至电源电路U3的输入端4脚,主供电经电阻R10和开机按钮S1送至U3的1脚,当按下开机按钮S1时,U3工作,U3的3脚经电感L2输出3.3V的VDDIO3.3V电压,供给CPU,由CPU输出一个高电平的HOLD信号,经二极管D9加至U3的1脚,这样在开机按钮S1抬起时,也能保证U3能正常工作。U3的输出经R19和C3,再经R28产生复位RST信号,送至CPU。还经过电感L3送给场效应管Q4,由场效应管Q4输出3.3V的SD卡电压,U3的输出还送到场效应管Q3,由Q3输出3.3V的LCD3.3V的电压给LCD液晶屏电路。U3的输出还经二极管D5、电容C4、二极管D6送至场效应管Q5的源极,由场效应管Q5输出5V的电压给其他电路。

④ 主供电送至U6的输入端4脚,U3的输出电压经电阻R16送到U6的EN端1脚,则U6电路开始工作,经过U6的3脚和电感L4输出1.8V的VCORE 1.8V电压,作为CPU的核心电压供给CPU。

⑤ 主供电送至场效应管Q2的源极,该管的导通与否受Q6的控制,而Q6的导通与否受CPU的控制。当CPU发出一个高电平信号给Q6的基极后,Q6导通,Q2也导通,主供电电压经Q2和R18后输出一个VCC-EVCC电压,给其他电路使用。

⑥ 主供电送至U4的输入端4脚,在CPU的控制信号作用下,由U4的5脚输出3.3V的VGPS电压,给GPS模块电路供电。

⑦ 主供电还送给U5的输入端6脚,在CPU的控制信号作用下,由U5的1脚输出经二极管D8输出LED+电压,作为LED显示屏的背光灯电压使用。

⑧ 电路中的U1是一个简单的5引脚充电电路,通过USB接口对电池进行充电管理和控制。由USB接口来的5V电压,经二极管D3送至U1的4脚VCC端,通过U1的3脚给电池进行充电,5脚P端外接电阻R5、R9和三极管Q8、Q7,Q7的基极接CPU的控制电路,由CPU控制Q7和Q8的导通程度,从而调整由U1的5脚所设定的充电电流的大小,U1的1脚外接发光二极管,用于指示充电状态。

3.7.6 由MCP73863构成的电源电路

由MCP73863构成的电源电路如图3-69所示。外接电源经DCIN端输入,经过电容C41和电感L1滤波后,经过二极管D2形成主供电VCC电压。当拔去外接电源或者外接电源电压较低时,场效应管Q37导通,开始由电池提供主供电VCC电压。主供电送到U62的4脚IN端,主供电还经过电阻R110将一个高电平的信号加至U62的EN端,U62从3脚经电感L2输出3.3V的VDD RTC电压,给CPU的RTC电路供电。主供电还送到U63的1脚IN端,U63的EN端同样由R110提供高电平的控制信号,使U63开始工作,由U63的3脚输出1.2V的VDD ALIVE电压,送到CPU有关唤醒激活的电路。上述两个电压,作为CPU的待机电压,此时CPU的部分电路开始工作,接受以及等待按键或I/O接口等信号的输入。当开机按键S9按下时,低电平的信号经R118送至CPU端,CPU则输出其他电源模块的控制信号,依照先后顺序将其他电源电路开启。这些电源电路共包括8个电路部分,分别如下:

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图3-69 由MCP73863构成的电源电路

① 主供电送至U60的4脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U60的1脚EN端时,U60开始工作并从3脚输出1.2V的VDD CORE电压,送给CPU的内核电路部分使用。

② 主供电送至U64的1脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U64的3脚EN端时,U64开始工作并从5脚输出3.3V的VDDIO电压,送至CPU电路,经R112加至一线加密器的电源端,经二极管D4输出加密数据TX。接收数据RX则送至加密器的电源端,只有在正确读取加密器的数据并验证正确后,才能开机。

③ 主供电送至U66的1脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U66的3脚EN端时,U66开始工作并从5脚输出3.3V的VDD GPS电压,供GPS电路使用。

④ 主供电送至U68的1脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U68的3脚EN端时,U68开始工作并从5脚输出3.3V的ADD AC97电压,供给音频电路使用。

⑤ 主供电送至U69的6脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U69的4脚EN端时,U69开始工作并从1脚输出LED+电压,供给显示屏的背光电路。

⑥ 主供电送至U70的1脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U70的3脚EN端时,U70开始工作并从5脚输出液晶屏所需的LCD电压。

⑦ 主供电送至U71的1脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U71的3脚EN端时,U71开始工作并从5脚输出2.8V的VDD CAM电压,供给摄像头电路。

⑧ 主供电送至U72的1脚IN端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U72的3脚EN端时,U72开始工作并从5脚输出1.8V的VDD CAM电压,供给摄像头电路。

电路中的U59是低电平检测电路,当U59的3脚VIN端电压低于某个电压值(如3.3V)时,该电路的1脚输出低电平信号,此时电源电路停止工作,整机关机。U67也是低电平检测电路,当U67的3脚VIN端电压低于某个电压值(如3.5V)时,该电路的1脚输出低电平信号,但该信号会送到CPU,由CPU控制整机使其进入待机状态。U61也是低电平检测电路,当U61的3脚VIN端电压低于某个电压值时,U61的1脚输出低电平信号,经电阻R107送至场效应管Q37的栅极,Q37导通,电池电源被接入主供电电路。

电路中的U65是电池充电电路,1脚、2脚、3脚接输入电源,10脚、11脚、12脚接电池正极,15脚接LED发光二极管,该灯亮时表示充电故障。16脚接LED发光二极管,用于指示充电状态。5脚外接一个电阻,用于设置充电电流的大小。8脚外接一个电容器,用于充电时间的设定。6脚和7脚接一个检测电池温度的热敏电阻,用于监测电池温度。

3.7.7 由TPS54328和EUP8202构成的电源电路

由TPS54328和EUP8202构成的电源电路,如图3-70所示,直流输入电源DCIN经过正/反向电压保护器U20输出后,一路送至充电电路,经过二极管D5送至U21的8脚IN端,作为U21的输入电压。U21的1脚外接开机按键S3,当按下开机按键S3时,U21开始工作并由6脚输出电压,经电感L7滤波后形成主供电电压,作为整机其他电源电路的输入电源。

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图3-70 TPS54328和EUP8202组成的电源电路

主供电送至U29电路,由U29输出VDD CORE电压到CPU。U29的5脚反馈端也接到CPU,U29输出电压的大小由CPU进行动态调整。主供电还送到U32的4脚输入端,由U32的3脚输出并由电感L13滤波后形成VDD DDR电压,供给CPU和DDR内存。主供电送至U25的1脚输入端,由U25的5脚输出3.3V的VCA33V电压。主供电还送到U22的4脚电源输入端,由U22的3脚经电感L8后输出3.3V的电压,一路经由电阻R39和二极管D6送至U21的1脚EN端,这样即使开机按键S3抬起时也不会断电。U22的输出电压还分别作为U19、U23、U24的输入电源,由U19的5脚输出2.5V的VCC2.5V电压,由U23的5脚输出1.2V的VDD1.2V电压,由U24的5脚输出1.8V的VCC1.8V电压。

其他电源电路所产生的电压都受CPU输出信号的控制,在该电路图中共有7个这样的受控电压,分别如下:

① 主供电送至U27的4脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U27的1脚EN端时,U27开始工作并从3脚输出经电感L9滤波后输出3.3V的WIFI电压,给WIFI模块电路使用。

② 主供电送至U31的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U31的3脚EN端时,U31开始工作并从5脚输出3.3V的VCCTP电压,供触摸屏电路使用。

③ 主供电送至U33的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U33的3脚EN端时,U33开始工作并从5脚经电感L14滤波后输出3.3V的GPS电压,给GPS模块电路使用。

④ 主供电送至U34的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U34的3脚EN端时,U34开始工作并从5脚经电感L15滤波后输出2.8V的CAM电压,给摄像头模块电路使用。

⑤ 主供电送至U36的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U36的3脚EN端时,U36开始工作并从5脚输出1.5V的CAM电压,给摄像头模块电路使用。

⑥ 主供电还送至场效应管Q16的源极,Q16的导通与否,受到三极管Q17的控制,而Q17的导通与否受到CPU的控制,当CPU输出一个高电平的信号给Q17时,Q17导通,然后Q16导通,主供电加至U35的输入端6脚,经电阻R54加至U35的EN端,U35开始工作,并从1脚经ZD3输出10V的AVDD电压,并经三极管Q15的发射极输出约等于二分之一AVDD电压的VCOM电压。U35的输出电压,还经过D12产生-7V的VGL电压,经过D15产生15V的VGH电压,这些电压供给液晶显示器模组使用。

⑦ 由于3G模块耗电较大,所以3G模块的供电不使用主供电电源,而是从输入电源处取得。输入电压加至U28的输入端8脚,CPU输出的电源开启控制信号加至U28的1脚EN端时,U28开始工作并从6脚经电感L10滤波后输出3.3V的VCC 3G电压,给3G模块电路使用。

电路中的U30是充电电路,负责给电池充电,Q13是外接直流电源和电池电源切换管。当没有外接直流电源输入时,Q13导通,电池经Q13给整机供电。Q14是充电控制管,外接的直流输入电源经过Q14在U30的控制下给电池充电。

3.7.8 由LM3658和RT8010构成的电源电路

由LM3658和RT8010构成的电源电路如图3-71所示,外接直流电源DCIN或者外接USB接口的电源USBIN经过二极管D1或D3后,形成整机的主供电5V电压,主供电首先送到U2电路产生3.3V的RTC33电压,其中一路送给CPU的RTC电路,另一路经开机按键S1,再经双二极管D7,送至U3、U4、U5、U6和U7的EN端。主供电同时送至U3、U4、U5、U6和U7的电源输入引脚VIN端,在EN信号的作用下,U3的4脚经电感滤波后输出1.2V的VDD12电压,给CPU的内核电路。U4的3脚输出经电感滤波后输出1.8V的VDD18电压,给CPU和内存DDR电路。U5的5脚输出3.3V的电压给CPU等电路。U6的3脚经电感滤波后输出3.3V的VDD33电压给Q3的源极,再由CPU输出控制信号后,Q3导通输出3.3V的VDDWIFI电压,给WIFI模块电路使用。U7则从3脚输出5V电压给USB电路使用。电路中其他的电压产生电路都受CPU的控制,分别叙述如下:

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图3-71 LM3658和RT8010构成的电源电路

① 主供电送至U11的2脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U11的3脚和1脚的EN端时,U11开始工作并从4脚和6脚分别输出1.5V和2.8V的电压,给摄像头模块电路使用。

② 主供电送至U12的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U12的3脚VEN端时,U12开始工作并从5脚输出1.2V的VDD12电压。

③ 主供电送至U13的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U13的3脚VEN端时,U12开始工作并从5脚输出3.3V的VDDWIFI电压。

④ 主供电送至U14的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U14的3脚VEN端时,U12开始工作并从5脚输出3.3V的VDDA33电压,给模拟电路使用。

⑤ 主供电送至U15的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U15的3脚VEN端时,U15开始工作并从5脚输出1.2V的VDDA12电压。

⑥ 主供电送至U16的4脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U16的1脚EN端时,U16开始工作并从3脚输出VCC LCD电压。

⑦ 主供电送至U17的6脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U17的4脚EN端时,U17开始工作并从5脚输出LED+电压。

⑧ 主供电还送至场效应管Q6的源极,在CPU控制信号的作用下,Q5和Q6导通,主供电送至U18的输入端4脚和EN端9脚,U18开始工作,分别从U18的15脚输出10V的AVDD电压,从U18的12脚输出15V的VGH电压,从U18的10脚输出-7V的VGL电压。

电路中的U1是电池充电控制电路,1脚CHG-IN是直流电源输入,2脚USBPWR是USB电源输入,4脚USB-SEL是充电电流选择,低电平时选择100mA,高电平时选择500mA。6脚和7脚外接发光二极管,用于指示充电状态,8脚ISET外接一个电阻用于设置充电电流的大小,5脚EN-B用于充电禁止(高电平时)和充电允许(低电平时)的设置,9脚TS用于电池温度的监测,10脚接电池的正极。场效应管Q1是电池供电切换管,当没有外接电源时,场效应管Q1导通,电池电源经过场效应管Q1接入主供电电路。

电路中的D9、R5、C1和场效应管Q2组成待机信号和唤醒信号产生电路,当开机后,短按开机键S1,场效应管Q2的漏极输出待机信号给CPU,再次短按S1时,场效应管Q2的漏极输出唤醒信号给CPU,由CPU进行待机或唤醒的一系列处理。R6、R7、C2形成长按关机信号,当长按开机键S1时,此电路输出关机信号给CPU,由CPU进行关机处理。

3.7.9 由LTC3455和MP2105构成的电源电路

由LTC3455和MP2105构成的电源电路如图3-72所示。电路说明如下。

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图3-72 LTC3455和MP2105构成的电源电路

电路中的U73是一个输出多路电源电压和含有充电控制的集成电路。外接电源USB5V接至U73的8脚USB端,而电池则接至U73的9脚VBAT端。当没有按下开机键的时候,U73没有任何电压输出,电池电压VBAT经过三极管Q40和二极管D2输出3.3V的VDDRTC电压送给CPU,该电压还送给U78,U78产生1.5V的GPS-RTC电压送给GPS模块的RTC电路。当按下接在U73的24脚开机键S10时,U73开始输出各路电压,其中10脚VMAX输出主供电电压,7脚SW1输出约3.3V的VCC3.3V电压,该路电压同时也是VDDRTC电压,12脚SW2输出3.3V的VCC FLASH电压,给闪存电路,同时还经U74产生1.2V的VDDALIVE电压给CPU,14脚HSO输出3.3V的热插拔电压,给SD卡、TF卡等电路供电。2脚PROG用于对充电电流的大小进行设置,6脚SUSPEND则使U73进入待机状态,20脚RST则输出复位信号给CPU,1脚FB1端和18脚FB2端是电压控制端,通过调整这两脚的外接电阻,可以调整SW1和SW2的输出电压的大小,16脚AI端是电池低电平检测端,由此输入电池电压。17脚AO端是电池电压检测后的输出信号端,该端输出电池低电平信号。除了U73输出的4组电源外,其他电源的输出都受CPU输出信号的控制。其中主供电路作为5路受控电源电路的输入电源,作用如下所述:

① 主供电送至U75的电压输入端VIN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U75的1脚EN端时,U75开始工作并从3脚经电感L3输出CPU CORE电压,该电压再经U76的2脚输出VDDINT电压。

② 主供电经电感L4送至U77的电压输入端VIN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U77的3脚EN端时,U77开始工作并从5脚输出VCCBIAS电压,给音频编解码电路使用。

③ 主供电送至U92的电压输入端VIN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U92的4脚EN端时,U92开始工作并从1脚经二极管D3输出LCD电压,经过场效应管Q41输出LCM电压。

④ 主供电送至U79的电压输入端IN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U79的3脚EN端时,U79开始工作并从5脚经二极管D4输出VAMP电压,给音频功放电路使用。

⑤ 主供电送至U80的电压输入端VIN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U80的3脚VEN端时,U80开始工作并从5脚输出USB3.3V电压,给USB电路使用,该电压还经U81输出USB1.2V的电压。

由U73的7脚输出的VCC3.3V电压,作为其他6路电源电路的输入电源,分别产生不同的电压,供给不同的模块电路,如下所述:

① VCC3.3V电压送至U82的电压输入端VIN,从U82的2脚输出3V的电压,给蓝牙模块电路使用。

② VCC3.3V送至U84的电压输入端IN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U84的3脚EN端时,U84开始工作并从5脚输出VCC SENSE电压,给传感器电路使用。该电压还经U85输出VCCSENSEOR电压,供其他传感器电路使用。

③ VCC3.3V送至U86的电压输入端IN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U86的4脚EN端时,U86开始工作并从1脚输出传感器电压,给另一个传感器电路使用。

④ VCC3.3V电压送至U87的电压输入端VIN,从U82的2脚输出LCD电压,给LCD模块电路使用。

⑤ VCC3.3V送至U88的电压输入端IN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U88的3脚EN端时,U88开始工作并从5脚输出FM电压,给收音机模块电路使用。

⑥ VCC3.3V送至U89的电压输入端IN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U89的3脚EN端时,U89开始工作并从5脚输出GPSVDD电压,给GPS模块电路使用,同时该电压还送至U90的输入端,由U90输出另一个GPS所需的GPSSRF电压,GPSSRF电压还送至U91的输入端,由U91产生VCC LAN电压。

电路中的U83是一个低电复位电路,当U83的输入电压低于3V时,U83就会输出一个RST的复位信号送到CPU。Q42也是一个复位控制管,在接收了CPU的复位信号后,将U83的输入电压调低,产生复位信号。

3.7.10 由BF1282和RT9013构成的电源电路

由BF1282和RT9013构成的电源电路如图3-73所示。电路说明如下。

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图3-73 BF1282和RT9013构成的电源电路

直流电源DCIN和USB电源USBIN分别经过二极管D5和D4输入到U1的第4脚外接电源输入端VDCIN,另外,电池电源BAT也加到U1的第3脚电池输入端VBAT,U1有了输入电压后,从U1的11脚、23脚、24脚输出VOUT电压,形成主供电VCC-M(同时也是待机电压)。如果在没有外接电源的情况下,则场效应管Q1导通,电池电源BAT经过Q1和二极管D6输出CPU待机时所需的RTC IN电压。主供电VCC-M还送到U2的1脚作为U2的输入电压,主供电VCC-M经过R3送至U2的3脚EN端,此时U2输出3.3V的VCC33电压供给CPU,使CPU的部分电路开始运行工作。当按下开机按键S1时,将产生一个低电平的信号经二极管D7使场效应管Q2导通,同时这个低电平的信号还经过二极管D8送到CPU。CPU在接收到开机信号后,输出一个电源开启信号PWRON,送到U1的19脚EN端,此时U1开始工作,它将输出5路电压,分别提供给各功能模块电路使用。这5路电压分别是:

① U1的31脚SW2经电感L2输出1.2V的VCC12电压,作为CPU的内核供电。

② U1的25脚SW1经电感L3输出2.5V的VCC25电压,另外该电压还送到U4的输入端,由U4输出1.8V的VCC18电压。

③ U1的28脚LDO18输出1.8V的VCC18电压。

④ U1的22脚LDO33输出3.3V的VCC33A电压。

⑤ U1的17脚VOUT5输出5V的VCC5电压。

U1还提供两路升压控制信号,一是场管Q4的输出经D10加至U5的4脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U5的1脚EN端时,U5开始工作并从5脚输出5V的USB5V电压。二是场管Q5的输出经电容C1和C2以及两个双二极管D12和D13形成+5V和-5V的LCD电压。电路中U6形成LED+电压,给按键灯或背光电路使用。三极管Q3则形成开机保持电路,保证开机按键在抬起时,仍然不会断电。

电池的充电电路由U1的充电控制部分来完成,外接电源DCIN或者USBIN经过二极管D4和D5后,送到U1的4脚VDCIN,作为充电用的输入电源,U1的3脚VBAT接电池,由U1的内部电路完成对电池的充电管理和控制。场管Q1是电池切换管,当没有外接电源输入时,场管Q1导通,将电池电源接入,再经场管Q2形成主供电,给整机供电。

3.7.11 由ACT3704和ACT8796构成的电源电路

由ACT3704和ACT8796构成的电源电路如图3-74所示。电路说明如下:外接电源DCIN和USB-5V经过D1和D2加至充电电路U1的2脚和3脚,通过U1对电池进行充电,U1的1脚和8脚是充电状态指示脚,外接发光二极管或者接一个电阻R1、4脚接电阻R2对充电电流的大小进行设置;5脚外接一个电容器C1,对充电时间进行设定;6脚接电池,电池电压经二极管D6和外接电源所接的D3组成整机供电的主供电电压。当外部电源没有或较低时,二极管D6导通,由电池开始供电。

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图3-74 ACT3704和ACT8796构成的电源电路

主供电送至U4的1脚输入端,由U4的5脚产生3.3V的VDD RTC电压,给CPU的部分电路供电。主供电还送到电源管理电路U2的输入端(8脚、12脚、19脚、24脚)。主供电也经电阻R4和二极管D4,以及开关机按键S1,再经S1送到U2的15脚PWRHLD端。当开机按键S1由2端拨到1端时,U2输出3路电压。一是7脚输出的VCC3.3V电压,二是13脚输出的VDD3.3V电压,三是1脚输出的1.2V的VDDALIVE电压。这三路电压送到CPU和其他电路。18脚的VDDCORE电压受14脚ON3的控制,而14脚则由CPU来控制。22脚输出的VDD GPS电压和23脚输出的LCD VDD电压,则通过U2的2脚SCL和3脚SDA是总线,由CPU来控制这两个电压的输出与否。U2是一个简单的电源管理单元,对U2输出电压的设置和调整,以及开关某路电压,是通过I2C总线(即SCL和SDA这两个信号线)来进行控制的,也就是通过I2C的驱动程序进行控制的。部分电压的输出即上电时序是由驱动程序设定的。

主供电电压经过电感L4送到U5的4脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U5的3脚EN端时,U5开始工作并从5脚输出5V的LCD VDD电压。

主供电电压还送至U6的2脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U6的3脚EN端时,U6开始工作并从8脚经二极管D7输出LED+电压,供液晶屏的背光电路使用。

U2输出的VCC3.3V电压送给场效应管Q1,Q2,在CPU输出的控制信号的作用下输出VDD BT电压给蓝牙电路模块使用,经Q3,Q4,并在CPU输出的控制信号的作用下输出VDD FM电压,给收音机电路模块使用。U2输出的VDD3.3V电压送至U3的1脚输入端,在CPU输出的控制信号的作用下输出1.3V的VDD PLL电压,给CPU一部分的时钟电路供电。

3.7.12 由AXP173构成的电源电路

由AXP173构成的电源电路如图3-75所示。电路说明如下。

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图3-75 AXP173构成的电源电路

电路中的U1型号是AXP173,它是一个多功能高度集成的电源系统管理芯片,内含充电控制并输出多路不同的电源,内部集成了1个自适应的USB充电控制器、2路降压转换器(Buck DC-DCconverter)、4路线性稳压器(LDO)、电压/电流/温度监视等电路。为保证电源系统安全稳定,还整合了过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、限流(OCP)等保护电路。AXP173的智慧电能平衡电路可以在USB以及外部交流适配器、锂电池和应用系统负载之间安全透明地选择输入并择优输出,另外它还提供了一个与CPU通信的两个串行通信接口:SCK,SDA。CPU可以通过这两个接口打开或关闭某些电源输出,设置它们的电压大小、上电顺序、访问内部寄存器及多种数据,以及管理和控制各路电源电压。

直流输入电源DCIN加至U1的20脚ACIN端,USB电源加至U1的19脚VBUS端,电池电源加至21脚和22脚BAT端,U1会选择三者当中最好的电源作为输入电压,开机按键S1接至14脚PWRON端,在没有按下开机键S1时,U1的18脚LDO1端输出RTC VCC电压供CPU内部的待机电路,使CPU的部分电路开始工作。当按下开机键S1后,U1将按照驱动程序所设定的上电顺序,依次启动输出各路电压。一般情况下,先输出CPU的电压,然后输出外围设备的电压。外围设备的电压也是按照先用的模块顺序电压,暂时不用的电路模块不加电压。在本电路中,一般先输出8脚的1.2V的VDD12电压,供给CPU的内核部分,然后输出31脚的VDD18电压,再输出12脚的3.3V的VCCIO电压。这两个电压送到CPU端,使CPU开始工作运行,然后再输出25脚、26脚的主供电电压VB,接着再输出9脚的VCC电压和10脚的WIFI33电压,最后由CPU输出多个电源的控制信号,开启或关闭外围模块的电压。由主供电VB作为输入电源并受CPU控制的外围电源电路共有6个,分别说明如下:

① 主供电VB送至U4的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U4的3脚SD端时,U4开始工作并从5脚输出3.3V的电压,该电压加至U5的6脚,并经R6加至U5的4脚EN端,由U5的1脚经二极管D1输出约10V的AVDD电压,该电压经过R14和R15分压后,输出4V的VCOM电压。U5的1脚输出电压经C2和D5及R12,成为-7V的VGL电压,同时U5的1脚输出电压经C3和D6及R13,成为+15V的VGH电压。

② 主供电VB送至U6的4脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U6的1脚EN端时,U6开始工作并从3脚经电感L4输出1.8V的VDDR 1.8V电压,为DDR内存供电。

③ 主供电VB送至U7的6脚输入端,主供电VB经电阻R5加至U7的4脚EN端时,U7开始工作并从1脚经二极管D2输出3.3V的CTP VDD触摸屏电压。

④ 主供电VB送至U8的1脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U8的3脚image端时,U8开始工作并从5脚输出电压,驱动电动机旋转产生震动。

⑤ 主供电VB送至U9的6脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U9的4脚EN端时,U9开始工作并从1脚经二极管D3输出LED+电压,为液晶屏的背光电路供电。

⑥ 主供电VB还经场效应管Q3送至U10的5脚输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至三极管Q2的基极时,场效应管Q3导通,U10开始工作并从1脚经二极管D4输出电压,该电压再送至U11电路,由U11的1脚输出其他电路所需的电压。

电路中的U3电路的输入电压由U1的12脚LDO4电压提供,U3同时输出1.8V的DVDD18电压和2.8V的DCDD28电压两路电源,给摄像头模块电路使用。

3.7.13 由DA9053构成的电源电路

由DA9053构成的电源电路如图3-76所示,电路说明如下。

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图3-76 DA9053构成的电源电路

一般由电源管理单元构成的电源电路都比较简洁,功能更加完善,性能有所提高,既可以缩小体积,还可以减小功耗,优点较多。电源管理单元PMU有时也称为电源管理集成电路(PMIC),根据上电顺序的不同可以分为两种,一种是定制的电源管理单元,这类PMU的电压管理单元内部已经有烧录好的程序,存放在内部掩膜ROM中,不可更改。例如本例的DA9053就是专门为某个CPU定制的,它只适合于某一个型号的CPU,并且即使是同一型号的DA9053,如果后缀不同,也不能替换。另一种是非定制的电源管理电源,这类PMU的电压管理单元内部有EPROM,或者一些设置寄存器,可以灵活设置上电顺序以适应不同CPU的上电要求。上电时序设置并保存在EPROM或者设置寄存器中,这类电源管理单元有在前面章节中讲到的AXP173、AXP209、AXP221等。

本电路中采用的电源管理电路由一个外围的电源IC和一个定制的电源管理单元DA9053构成。电路简洁而高效,直流输入电源DCIN接到电源管理单元U2的DCIN脚,电池电源VBAT经场效应管Q2接到U2的VDOUT脚,由U2形成其他电源电路所需的主供电电压VDOUT,直流输入电源还经受控的场效应管Q1送至U2的DCIN PORT脚,作为内部充电器的输入电源。当给U2加上电源电压后,U2就开始工作在耗电极微的待机状态,此时32.768kHz的晶体时钟工作,U2的VLDO1输出1.3V的VRTC电压给CPU的内部RTC电路。当按下开机键S1后,U2开始工作,按如下的上电顺序依次输出各个电压:

① 除了开机之前的VRTC电压之外,开机后首先上电的是U2的VDDCORE电压;

② U2输出VDOUT电压,这个电压也是产生其他电压的所需的输入电压;

③ U2输出1.3V的VPRO电压;

④ U2输出2.5V的VPERI电压;

⑤ U2输出1.3V的VLDO6电压;

⑥ U2输出1.8V的VLDO8电压;

⑦ U2输出1.3V的VLDO10电压;

⑧ U2输出1.1V的VCORE电压;

⑨ U2输出1.5V的VMEM电压;

⑩ U2输出2.5V的VSW电压;

⑪ U2输出1.3V的VLDO2电压;

⑫ U2输出1.3V的VLDO5电压;

⑬ U2输出2.275V的VLDO4电压;

⑭ U2输出2.75V的VLDO7电压;

⑮ U2输出3.3V的VLDO3电压;

⑯ U2输出1.5V的VLDO9电压。

当电压正常后,U2输出一个RESET信号给CPU;当有异常事件发生时U2通过IRQ信号线向CPU发出申请,由CPU通过SCL和SDA两个信号线读取数据后,进行相应的处理。在正常工作过程中,CPU还不断地通过SCL和SDA两个信号线掌握U2的工作状态。

另外,电路中的U1是一个受U2的3.3VEN引脚控制的输出3.3V的电源模块电路,U1输出3.3V的电压,供其他功能模块电路使用。

3.7.14 由AXP209和SY8008构成的电源电路

由AXP209和SY8008构成的电源电路如图3-77所示,电路说明如下。

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图3-77 AXP209和SY8008构成的电源电路

电路中的U1是一个多功能的、高度集成的电源系统管理芯片,型号是AXP209,内含充电控制器且输出多路不同的电源,内部集成了1个自适应的USB充电控制器、2路降压转换器(Buck DC-DCconverter)、5路线性稳压器(LDO)、电压/电流/温度监视等电路。为了保证电源系统安全稳定,还整合了过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、限流(OCP)等保护电路。AXP209的智慧电能平衡电路可以在USB以及外部交流适配器、锂电池和应用系统负载之间安全透明地选择输入并择优输出,另外提供了一个与CPU通信的两线串行通信接口:SCK、SDA,CPU,可以通过这两个接口去打开或关闭某些电源输出,设置它们的电压大小,读写内部寄存器及多种数据,管理和控制各路电源电压。

U1的3条输入电源DCIN、USBIN和电池VBAT,分别接到U1的ACIN引脚、VBUS引脚和BAT引脚,此时无论是否按下开机键,LDO1始终都会输出1.3V的RTC VDD电压,充电控制也是由U1通过BAT引脚、BATSENSE引脚、CHSENSE引脚和LX1引脚来自动完成。TS引脚外接一个热敏电阻,用于检测电池温度。VREF引脚是基准电压端,外接滤波电容器C3,输出1.25V电压。VINT引脚是内部2.5V逻辑电压端,同样外接一个滤波电容器C4。LDO1SET引脚用于设置LDO1输出电压的大小,当LDO1SET接地时,LDO1输出1.3V的电压,LDO1SET接VINT端时,LDO1输出3.3V的电压。DC3SET引脚用于设置DCDC3的输出电压,当DC3SET接地时输出1.8V的电压,当DC3SET接VINT时输出3.3V的电压,当DC3SET悬空不接时输出1.2V的电压。NOE引脚类似于芯片使能端,该脚接地时芯片才能开机。PWEON引脚外接开机按键,该脚可以识别长按、短按,用一个开机键就可以实现开机、关机,以及待机的功能。PWROK引脚是电源信号,在刚开机时输出一个低电平信号,当各路输出电压正常后,输出一个高电平信号,所以该脚还可以作为复位信号送给CPU使用。IRQ是中断引脚,当U1发生内部事件时,此信号送到CPU,CPU通过SCK和SDA查询获取时发生了什么事件,从而做进一步的处理。SCK和SDA引脚是I2C总线引脚,CPU通过这两个引脚对U1进行管理、控制及设置。当按下开机按键S1时,U1开始工作,输出5V的IPSOUT/5V电压作为主供电电压,并作为其他各路输出电压所需的输入电压,然后输出两路DCDC电压和四路LDO电压。DCDC2输出1.2V的CPU CORE电压,为CPU的内核电路供电。DCDC3输出1.2V的CPU INT电压,为CPU的内部I/O接口电路供电。LDO2输出3.0V的AVCC电压,LDO3和LDO4输出2.8V的CAM1和CAM2电压,供给前置和后置摄像头模块电路使用。除了有电源管理单元U1的输出电压外,还有一些外围电源电路提供其他功能电路所需的电压,这些外围的电源电路都由主供电电压作为它们的输入电源,而这些电源模块的控制信号,一部分受CPU的控制,另一部分受电源管理单元U1的EXTEN引脚控制,共有6个外围电源电路,分别如下所述:

① 主供电IPSOUT电压送至U2的4脚电压输入端IN,当电源管理单元U1输出的3.0V的电压AVCC(即LDO2的输出电压)加至U2的1脚EN端时,U2开始工作并从3脚经电感L4输出1.5V的DDR内存电压DRAM,供内存电路使用。

② 主供电IPSOUT电压送至U6的4脚电压输入端IN,当电源管理单元U1输出的外部电源开启控制信号EXTEN加至U6的1脚EN端时,U6开始工作并从3脚经电感L5输出1.8V的摄像头电压,供摄像头模块电路使用。

③ 主供电IPSOUT电压送至U3的5脚电压输入端IN,当电源管理单元U1输出的外部电源开启控制信号EXTEN加至U3的4脚EN端时,U3开始工作并从1脚经二极管D3输出5V电压,该电压还送至U8的5脚,并从U8的1脚输出5V的USB电压。

④ 主供电IPSOUT电压送至U4的4脚电压输入端IN,当电源管理单元U1输出的外部电源开启控制信号EXTEN加至U4的1脚EN端时,U4开始工作并从3脚经电感L10输出3.3V的电压,该电压还送至U10,由U10输出2.8V的摄像头用于自动对焦的电压。

⑤ 主供电IPSOUT电压送至U7的1脚电压输入端IN,当CPU输出的电源开启控制信号加至U7的3脚EN端时,U7开始工作并从5脚经电感L6和L7输出3.3V的GPS电压。

⑥ 主供电IPSOUT电压经场效应管Q2送至U5的6脚电压输入端VIN,当CPU输出的电源开启控制信号加至三极管Q1基极时,Q1和Q2导通,U5开始工作并从5脚二极管D6输出10V左右的AVDD电压,经电容C8和二极管D7及三极管Q5输出15V的VGH电压,U5的1脚输出电压还经电容C9和二极管D8,以及电阻R14输出-7V的VGL电压。

3.7.15 由AXP209和MP1482构成的电源电路

由AXP209和MP1482构成的电源电路如图3-78所示,电路说明如下。

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图3-78 AXP209和MP1482构成的电源电路

电路中的U1是一个多功能高度集成的电源系统管理芯片,型号是AXP209,内含充电控制器并输出多路不同的电源,内部集成了一个自适应的USB充电控制器、2路降压转换器(Buck DC-DCconverter)、5路线性稳压器(LDO)、电压/电流/温度监视等电路。为保证电源系统的安全稳定,还整合了过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、限流(OCP)等保护电路。AXP209的智慧电能平衡电路可以在USB以及外部交流适配器、锂电池和应用系统负载之间安全透明地选择输入并择优输出,它还提供了一个可以与CPU通信的两线串行通信接口:SCK、SDA,CPU可以通过这个接口去打开或关闭某些电源输出,设置它们的电压大小,读写内部寄存器及多种数据,管理和控制各路电源电压。

U1的两路输入电源USBIN和电池VBAT分别接到U1的VBUS引脚和BAT1、BAT2引脚,而另一路外接的直流输入电源DCIN12V经开关K1送至U2的2脚输入端,经U2变为5V电压后,经电感L1送至U1的ACIN引脚,此时无论是否按下开机键,LDO1始终都会输出1.3V的RTC VDD电压,充电控制也由U1通过BAT引脚、BATSENSE引脚、CHSENSE引脚和LX1引脚来自动完成。TS引脚外接一个热敏电阻,用于检测电池温度。VREF引脚是基准电压端,外接滤波电容器C5,输出1.25V电压。VINT引脚是内部2.5V逻辑电压端,同样外接一个滤波电容器C6。LDO1SET引脚用于设置LDO1输出电压的大小,当LDO1SET接地时,LDO1输出1.3V的电压,LDO1SET接到VINT端时,LDO1输出3.3V的电压。DC3SET引脚用于设置DCDC3的输出电压,当DC3SET接地时输出1.8V的电压,当DC3SET接VINT时输出3.3V的电压,当DC3SET悬空不接时输出1.2V的电压。N-OE引脚类似于芯片使能端,该脚接地时芯片才能开机。PWRON引脚外接开机按键,该脚可以识别长按和短按,用一个开机键就可以实现开机、关机,以及待机的功能。PWROK引脚是电源信号,在刚开机时输出一个低电平的信号,当各路输出电压正常后,输出一个高电平信号,所以该脚还可以作为复位信号送给CPU使用。IRQ是中断引脚,当U1发生内部事件时,此信号送到CPU,CPU通过SCK和SDA查询获取时发生了什么事件,从而做进一步的处理。SCK和SDA引脚是I2C总线引脚,CPU通过这两个引脚对U1进行管理、控制及设置。

当按下开机按键S1时,U1开始工作,输出5V的IPSOUT电压作为主供电电压,并作为其他各路输出电压所需的输入电压,然后输出2路DCDC电压和4路LDO电压。DCDC2输出1.2V的CPU CORE电压,给CPU的内核电路供电。DCDC3输出1.2V的CPU INT电压,给CPU的内部I/O接口电路供电。LDO2输出3.0V的AVCC电压,LDO3和LDO4输出2.8V的CAM1和CAM2电压,供前置和后置摄像头模块电路使用。除了有电源管理单元U1的输出电压外,还有一些外围电源电路提供其他功能电路所需的电压,这些外围的电源电路都由主供电电压作为它们的输入电源,而这些电源模块的控制信号,一部分受CPU的控制,另一部分受电源管理单元U1的EXTEN引脚控制,受EXTEN引脚控制的共有3个外围电源电路,分别如下所述:

① U4的EN1引脚受U1的EXTEN引脚控制,U4的输入引脚IN1和IN2接主供电IPSOUT,U4的EN2引脚受U1的AVCC电压的控制,当这两个信号有效时,U4的2脚经电感L5输出3.3V的VCC3 3V电压。该电压经过场效应管Q5输出LCD所需的LCD VCC电压。

② U5的EN引脚受U1的EXTEN引脚控制,U5的输入引脚IN接U4的电压输出端,当EN信号有效时,U5输出2.5V的VCC2.5V电压。

③ U6的EN引脚受U1的EXTEN引脚控制,U6的输入引脚IN接主供电IPSOUT,当EN信号有效时,U6的1脚经二极管D3输出5V的电压。

电路中的U3的输入电源接U2的输出电压,其EN引脚受CPU输出信号的控制,当EN信号有效时,U3输出5V的USB5V电压,给USB电路使用。

3.7.16 由TWL6030和TL1963构成的电源电路

由TWL6030和TL1963构成的电源电路如图3-79所示,电路说明如下。

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图3-79 TWL6030和TL1963构成的电源电路

这是一个由电源管理单元TWL6030构成的电路,该电源管理单元采用了SR(SmartReflex)技术,包括一整套智能和自适应芯片、电路设计以及软件,以解决细小处理节点上的电源和性能管理问题,可在降低功率的同时优化性能。根据设备活动、操作模式和温度相应地调整电压、频率和功率,最大程度上降低功耗。它内部集成了一个自适应的USB充电控制器,7路高效率的DC-DC降压转换器、11路线性稳压器(LDO),以及电压、电流和温度监视等电路。为了保证电源系统安全稳定,内部还有过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、限流(OCP)等保护电路。该电源管理单元是专为OMAP 4系列的CPU定制的,内部ROM存储只适用于该CPU的上电顺序,CPU通过SCL和SDA对电源管理单元进行管理、控制以及设置,通过SRSCL和SRSDA对TWL6030中的三路电源VDD CORE1、VDD CORE2和VDD CORE3进行动态调整,以实现节能降耗的目的。

电路中的U4即为TWL6030,U4的VBAT引脚接电池正极,即是电池输入端,也是对电池充电的引脚;VBUS引脚接USB接口的输入电压USBIN,用于对电池进行充电;INT引脚向CPU发出中断信号,当U4有事件发生时,通过该引脚向CPU发出通知。CPU接收到INT信号后调用并执行驱动程序,通过SCL和SDA这两个引脚读取U4中的数据并进行相应处理,或者对U4做些调整设置等。SYSEN引脚控制外部电源模块的开启和关闭,REGEN引脚同样用于控制外部电源模块的开启和关闭,SYSPWRON引脚外接一个开机按钮,用于对该芯片的开/关机控制,该引脚同样能识别长按和短按,根据长按和短按作出开机、休眠、关机等不同的处理。U4输出7路高效率的DC-DC电压和11路线性LDO电压,分别叙述如下:7路DC-DC电压都外接电感,电流相对较大,它们是给CPU内核用的约1.2V的VDD CORE1、VDD CORE2和VDD CORE3电压,给内存电路使用的1.5V左右的VDD MEM电压,以及给CPU内部的I/O电路使用的1.8V的VIO 1.8V电压,2.1V的VIO 2.1V电压,1.29V的VIO 1.29V电压;11路线性电压如图3-79中的U4所示,其中的VDD RTC电压,无论开机与否,该电压都是打开的且为1.8V左右,其他的LDO电压,有的用到了,有的可能用不到,在电路图中都已标明。

外接直流电源DCIN加至U2的4脚,同时经电阻R3加至U2的ON/OFF控制脚5脚,因为U2相当于一个开关控制管,当高电平加至5脚时,就从2脚和3脚直接输出电压,送至U3的输入端IN引脚,然后由U3的4脚输出5V的电压,加至电源管理单元U4的VBAT端。外接直流电源DCIN加至U7的4脚,U7和U2一样,也是相当于一个开关控制管,不过U7的ON/OFF引脚受CPU的控制,U7的输出加至U8的IN1端和IN2端,由U8输出4路5V的电压。外接直流电源DCIN还经过电阻R1和R2分压后送到低电压检测电路U1的4脚,当输入电压过低时,U1的3脚输出低电平的RESET信号,送至U2的5脚,将直流输入电压关闭。

从USB接口来的USBIN电源送至U5的2脚和3脚,然后从U5的12脚和13脚输出5V的电压加至U3的IN和image输入脚,由U3的4脚再输出5V的电压返回到U5的4脚,再由U5输出3.3V的VDD3.3V电压。另外U3的4脚输出的5V电压还送到U6的输入端IN脚,U6在CPU输出信号的控制下由5脚输出3.3V的HUB33电压。

3.7.17 由MT6329构成的电源电路

由MT6329构成的电源电路如图3-80所示,电路说明如下。

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图3-80 MT6329构成的电源电路

电路中的U1是电源管理单元MT6329,内含充电控制电路,输出5路DC-DC电压和21路LDO电压。电压控制更加精细,对于节电和降低功耗等有较好效果,MT6329支持DVFS(Dynamic Voltage Frequency Scaling,动态电压频率调整技术),内部还有过/欠压、过温、限流等保护电路,具有电量检测功能,外接的CPU通过SCL和SDA对电源管理单元进行管理、控制和设置,电源管理灵活,性能优良。

电路中U1的BAT引脚接电池正极,电池电压送到U1的BAT引脚,即电池供电,当电量不足时也由此引脚给电池充电。从USB接口过来的USBIN电压经三极管Q1和电流取样电阻R4送到BAT引脚,作为给电池充电的电源。U1的ISENSE是电流取样端,CHG引脚接至场效应管Q2的栅极,控制充电与否;而VCDT引脚是USB电压检测端,检测USB电压的有无及高低,以判断是否进行充电;GASN和GASP是电量检测端,用于检测电池电量的多少。CLK是32kHz时钟输入端,在U1休眠或待机时使用该时钟以使U1的很少部分电路工作。SCL和SDA引脚则是I2C总线引脚,和CPU相连,CPU通过该引脚对U1进行数据读写,从而达到管理和设置芯片的输出电压、充电控制、电量检测等功能。INT引脚是中断输出,每当U1芯片有事件发生时就通过该引脚送到CPU端,让CPU读取出数据,并进行处理。HOMEKEY引脚外接一个HOME键,PWRKEY键经电阻R6接开机按钮,在没有按下开机按键时,U1处于待机状态,仅有VRTC电压工作,其他电压均无输出。当按下开机按钮时,将如下所述的上电顺序依次输出各路电压:

① 输出CPU的内核电压VCORE;

② 输出CPU内部所需的其他电压VPROC;

③ 输出GPIO接口所需的1.8V的电压VDD18;

④ 输出数字I/O接口所需的2.8V的电压VDD28;

⑤ 输出VM12 INT电压、VDD25 VA1电压和VDD25 VA2电压;

⑥ 输出VUSB和VTCXO电压;

⑦ CPU内部复位;

⑧ 输出其余的LDO电压,或者根据电路需要有选择地输出其他电压,而不是一次将所有电压全部加上,从而达到节能的目的。

电路中的U2用以产生LED背光灯电压,电池电压接在U2的6脚VIN输入端,5脚输出电压LED+电压,4脚EN端接CPU输出的控制信号,开启或关闭U2的输出电压。电路中U3的2脚输入端接电池正极,U3的1脚EN1端和3脚EN2端接入CPU的输出信号,来控制U3的电压输出与否,当CPU输出的电源开启控制信号有效时,U3的6脚和4脚分别输出1.8V和2.8V的GPS电压。

3.7.18 由WM8326和BQ24133构成的电源电路

由WM8326和BQ24133构成的电源电路如图3-81所示,电路说明如下。

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图3-81 WM8326和BQ24133构成的电源电路

电路中的关键部分U51是电源管理单元WM8326,在这个电路中主要完成外部芯片的供电控制,以及对各路输出供电的管理,通过I2C动态调整内核电压大小,节省电量降低功耗,提高电池使用时间,在各种运行条件下(如针对CPU的不同负载的情况下)提供高性能和高效率供电。与此同时,它的InstantConfig™接口和内置的一次性可编程(OTP)非易失性存储器允许在产品研发阶段中,在最终确定定制化的OTP之前,改变启动动作与配置(如上电顺序等)。此举有助于缩短研发时间,加快新产品上市时间。WM8326可以输出4路DC-DC电源电压和13路LDO电压,内部有过/欠压、过温、限流等保护电路。

外接直流输入电源DCIN经电阻R91加至U53的供电输入AVCC端,然后U53的ACDRV端输出高电平的信号,使场效应管Q24和Q25导通,外接直流输入电压经过输入电流取样电阻R79加至U53的2脚和3脚充电电源输入IN端,从U53的1脚和24脚经电感L和充电电流取样电阻R89给电池充电。5脚ACN和6脚ACP是输入电流取样电阻两端的取样信号,14脚SRP和15脚SRN是充电电流取样电阻两端的取样信号。直流输入电压DCIN经电阻R87和R90分压后,作为输入电压的检测信号送给U53的18脚OVSET,同时,该脚还有输入过压保护的作用。当输入电压过低或没有输入电压时,19脚image输出低电平,场效应管Q30导通,电池经Q30给整机供电。9脚外接一个发光二极管,用于指示充电状态。电池电压经电阻R92和电阻R93分压后,作为电池电量信号送给CPU,电池电压还送到U54的3脚VIN输入端,从U54的1脚输出电池电压低的信号给CPU,电池电压或直流输入电压加至U50的10脚、11脚、12脚IN输入端,同时也加至U52的3脚VIN输入端,并由U52的2脚输出3.3V的VCC RTC电压,VCC RTC电压接至场效应管Q29的源极,Q29的栅极则接开机按键S6,开机按键还接到U51的image信号端,作为开机信号输入端。当按下开机按键的时候,S6变为低电平,场效应管Q29导通,经过二极管D25将VCC RTC电压加至U50的13脚EN端,U50开始工作并从1脚、2脚、3脚经电感L25输出5V的电压送给U51,U51的开机image脚也为低电平,所以U51开始工作,并按如下的上电顺序开始输出各路电压:

① 开启LDO06电源,输出3.3V的VCC33电源;

② 开启LDO04电源,输出1.1V的VDD11电源;

③ 开启LDO05电源,输出2.5V的VCC25电源;

④ 开启DC4电源,经过电感L输出3V的VCCIO 3V电源;

⑤ 开启DC2电源,经过电感L输出1.1V的VCCARM电源;

⑥ 开启DC1电源,经过电感L输出1.1V的VLOG电源;

⑦ 开启DC3电源,经过电感L输出1.5V的VDDR电源。

当输出上面的几路电压正常后,U51输出复位信号给CPU,CPU复位后输出电压保持信号HOLD,经过二极管D24送到U50的EN端,此时即使松开开机按钮,也不会断电。当CPU复位完成后,U51输出其他的LDO电压,例如,LDO7,LDO8,LDO1,LDO2等,不一一叙述。U51中的SCL1和SDA1是主控制接口,CPU通过此接口对芯片进行数据读取、管理、控制及设置。SCL2和SDA2是快速配置接口,外接EEPROM,在芯片的开发调试阶段,用此接口对芯片进行配置。

U50的FSW引脚是频率切换控制,当CPU输出一个高电平信号到此引脚时,U50工作在1.25MHz的频率上,此引脚低电平时工作在2.5MHz的频率上。U50的5V输出电压还送到了U56和U58的输入端,当CPU输出的电源开启控制信号加至U56和U58的EN端时,U56输出HDMI接口电路所需的电压,U58输出USB OTG电路所需的电压。

电池电压或直流输入电压还送到U55和U57的输入端,由U55输出GPS电路所需的VCC GPS电压,当CPU输出的电源开启控制信号加至U57的EN端时,U57的1脚、2脚和3脚经电感L31输出3G模块电路所需的VCC 3G电压。由电源管理单元U51输出的VCCIO3V电压,还送到场效应管Q31、Q32、Q33的源极,在CPU输出控制信号的作用下,由场效应管Q31输出VCC LCD电压,由场效应管Q32输出VCC SD电压,由场效应管Q33输出VCC FLASH电压。图中的场效应管Q34是电路中常见的数据信号或总线信号为了提高驱动能力的一个电路,还具有数据信号或总线信号开关的控制功能,在电路中比较常见,所以单独列出,做个说明。

3.7.19 由TWL6030和TPS54320构成的电源电路

由TWL6030和TPS54320构成的电源电路如图3-82所示,电路说明如下。

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图3-82 TWL6030和TPS54320构成的电源电路

这是一个由电源管理单元TWL6030组成的电路,该电源管理单元采用了SR(Smart Reflex)技术,包含一整套智能和自适应芯片、电路设计以及软件,以解决节点上的电源和性能管理问题,可以在降低功率的同时优化性能,根据设备活动、操作模式和温度调整电压、频率和功率,最大程度地降低功耗。内部集成了一个自适应的USB充电控制器,7路高效率的DC-DC降压转换器,11路线性稳压器(LDO),以及电压/电流/温度监视等电路。为了保证电源系统安全稳定,内部还有过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、限流(OCP)等保护电路。该电源管理单元是专为OMAP 4系列的CPU定制的,内部ROM储存有只适用于该CPU的上电顺序,CPU通过SCL和SDA对电源管理单元进行管理、控制以及设置,通过SRSCL和SRSDA对TWL6030中的三路电源VDD-CORE1、VDD-CORE2和VDD-CORE3进行动态调整,实现节能降耗的目的。

电路中的U5即为TWL6030,U5的VBAT引脚接电池正极,即电池输入端,也是对电池充电的引脚。VBUS引脚接USB接口的输入电压USBIN,用于对电池进行充电,INT引脚是向CPU发出中断的信号,当U5有事件发生时,通过该引脚向CPU发出通知,CPU接收到INT信号后调用并执行驱动程序,通过SCL和SDA这两个引脚读取U5中的数据进行相应处理,或者对U5做些调整设置等。SYSEN引脚控制外部电源模块的开启和关闭,REGEN引脚同样用于控制外部电源模块的开启和关闭,SYSPWRON引脚外接一个开机按钮,用于对该芯片的开/关机控制,该引脚同样能识别长按和短按,根据长按和短按作出开机、休眠、关机等不同的处理。U5输出7路高效率的DC-DC电压,输出11路线性LDO电压,分别如下:7路DC-DC电压都外接电感,电流稍大,它们是:给CPU内核用的约1.2V的VDD-CORE1(该电路中没有使用,而是使用了一个外接的由U6输出的VDD-CORE1电压。可能是为了减小电源管理单元U5的负担,也为了提高VDD-CORE1的电流、VDD-CORE2和VDD-CORE3电压。VDD-MEM引脚给内存电路提供1.5V左右的VDD MEM电压,VIO-1V8引脚给CPU内部的I/O电路使用的1.8V的VIO-1V8电压和VDD-2V1引脚2.1V的VIO-2V1电压,VIO-1V29引脚1.29V的VIO-1V29电压。11路线性电压如图3-82所示,其中的VDD-RTC电压,无论开机与否,都是打开的,且为1.8V左右。其他的LDO电压,有的用到了,有的可能用不到,在电路图中都已标明。

外接直流电源DCIN送到内部由开关管构成的U2的输入端,从U2的输出端3和2脚输出5V电压并送到U3的输入端4脚、5脚和6脚,U3的11脚、12脚经电感L1输出主供电电压,和电池电压一起接到电源管理单元U5的输入端,主供电经过R8和R9分压后,作为输出电压检测信号反馈给U3的7脚VSENSE端。13脚BOOT端是启动自举引脚,外接一个自举电容C3,U3的10脚EN端接到电阻R4和R5的分压端,当输入电压过低时U3芯片不工作。U3的9脚SS/TR是软启动端,U3的1脚RT/CLK外接一个电阻R6,用于决定U3内部的工作频率。U3的8脚COMP外接一个由电阻和电容串联所组成的滤波电路。U3的15脚EP指的是背部的焊盘,实际当作不存在。电路中的U1是低电复位电路,输入直流电源DCIN经R1和R2分压后,电压加至U1的4脚,当输入电压过低时,U1的3脚输出低电平的复位信号加至U2的5脚ON/OFF端,使U2停止输出电压。直流输入电源DCIN还送到U4的4脚输入端,在CPU输出信号的控制下,U4输出5V的HST5V电压。

由USB接口输入的电源USBIN,接到U7的输入端1脚、2脚和3脚,U7的12脚和13脚输出DC5V电压送至U3的输入脚,做为外接的直流电源输入端。U3的输出电压还送到U7的4脚LDO-IN端,在电源管理单元的REGEN信号控制下,由U7的10脚、11脚输出3.3V的VDD3.3V电压到其他的功能电路。

3.7.20 由PM8058和PM8901构成的电源电路

由PM8058和PM8901双电源管理单元构成的电源电路如图3-83所示,电路说明如下。

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图3-83 PM8058和PM8901构成的电源电路

在由双电源管理单元构成的电路中,主要用于有多个CPU结构的电路。电路中PM8058主要给外围模块电路及非主控CPU供电,PM8901则给主控CPU及主要模块供电,电源管理单元分工精细,节电明显。这两个电源管理单元的主要功能有:PM8058输出5路DC-DC电压,26个线性稳压器LDO(可编程输出电压和电流),包括12个LDO的最大电流是300mA,11个LDO的最大电流是150mA,3个LDO最大电流是50mA。内置充电控制器,负责给电池充电,还具有电池温度监测以及高温保护功能,睡眠模式下控制各模块,提供唤醒信号。PM8901则输出4路DCDC电压和6路LDO电压。具有过/欠压(OVP/UVP)、过温(OTP)、限流(OCP)等保护电路。

从USB接口来的输入电源USBIN送到U1的IN脚,U1是具有过压保护(OVP)和瞬态电压抑制(TVS)功能的电路,输出电压过高时,输出将被关闭。U1的1脚OVP端用于设置所保护的电压值,外接两个分压电阻。U1的6脚和7脚输出USB电压,送到电源管理单元U2的VBUS端,作为给电池充电用的输入电压。电池电压VBAT一路接到U2的BAT引脚,另一路接到场效应管Q1的源极,在U2的BAT_SEL信号控制下Q1导通,电池电压经过场效应管Q1加至U2的VPH_PWR脚,成为整机的输入主供电电源。电源管理单元U2外接两个晶振,32.768kHz的晶振用于待机时的工作时钟,19MHz的晶振则用于正常工作时的时钟。U2的KEY_PWRON脚外接开机按钮S2,U2内部的开机逻辑电路可以识别长按、短按。当按下开机按钮S2时,U2开始工作,按内部规定的上电顺序依次输出各路电压。U2的PON_RESET信号连接到另一个电源管理单元U3的PWR_ON端,U3电源管理单元开始工作,同样按内部规定的时序依次输出各路电压,当输出电源正常后,CPU输出一个HOLD电压保持信号给U2和U3,此时即使松开开机按钮S2,整机也不会断电。U2的THERM/NTC是电池温度检测脚,U2的IRQ是中断信号输出脚,当U2有事件发生时,通过IRQ信号向CPU发出申请,CPU则通过FCLK和SSBI8058这两个信号取出U2中的数据,然后做出相应的处理。而另一个电源管理单元U3则是通过INT这个中断信号向CPU发出申请,CPU收到INT信号后通过FCLK和SSBI8901这两个信号取出U3中的数据,并做进一步的处理。

主供电还送到4个外围电源电路模块,输出外围功能电路所需的电压:

① 主供电送到U4的6脚IN端,作为U4的输入电压,当CPU输出的电源开启控制信号加至U4的1脚EN端时,U4开始工作并从1脚经二极管D1输出LED+电压。

② 主供电送到U5的1脚VCC端,作为U5的输入电压,当CPU输出的电源开启控制信号加至U5的5脚EN端时,U5开始工作,当CPU输出的控制信号加至4脚FLASH端时,U5的10脚输出电压将闪光灯D2点亮。

③ 主供电送到U6的1脚IN端,作为U6的输入电压,当CPU输出的电源开启控制信号加至U6的3脚CE端时,U6开始工作并从5脚输出3.3V的电压。

④ 主供电送到U7的2脚IN端,作为U7的输入电压,当CPU输出的电源开启控制信号加至U7的1脚EN端时,U7开始工作并从3脚5V的电压给其他功能电路使用。

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