智能手机中的单键开/关机和复位的智能设计方案

1引言

随着大量新兴数据业务的应用，智能手机功耗水平大幅度提高，导致待机时间也大幅度缩短。为了能否延伸待机时间，内置电池的设计变得越来越普及。这是因为锂电池的一半体积是由其结构件所占据的，如果电池内置于智能手机机身中，就可以节省锂电池的结构件体积，从而在相同乃至更大的体积上大大提高电池的容量。如此一来，电池的容量确实得到了大幅度增加，伴随着也产生了一个新的问题--如果智能手机在应用过程中发生软件系统卡机的情况，如何进行系统的复位操作？

与产品的主要功能相比，解除卡机状况的机械复位装置通常比较落后。为防止设备意外复位，大多数手动复位键（如果有的话）都掩藏在机身内。因为复位键很难触及，所以拆卸电池成为非常普遍的解决办法。但是，这种做法不仅用户感受度较差，并且增加了成本，还可能会损坏系统，例如，使重要的数据丢失。

那么，在内置电池设计的智能手机中，如何进行系统的硬件复位呢？本文介绍了一种硬件智能复位的解决方案，不仅可以在智能手机设计中实现双键长按的智能复位，还可以实现在智能手机中流行的单键开/关机和复位的智能方案。

2智能手机应用平台的开/关机和复位的机制和隐患

在当今智能手机的主流平台中，通常都存在应用处理器（Application Process / Baseband，下简称AP）加电源管理芯片（Power Management Unit，下简称PMU）的架构，如图1所示。


图1.智能手机中AP + PMU的硬件架构

在这种硬件架构中，在PMU上设置有一个电源开关管脚与一个机身上的一个机械开关相连（下简称Power_Key）。

当手机处于关机状态的时候，按下Power_Key将PMU的电源开关管脚拉到地，将启动PMU上电过程：PMU启动LDO为AP供电，同时发出硬件复位信号给AP，当AP软件系统启动完毕后，回送一个PS_HOLD信号将PMU的PS_HOLD管脚拉高，并且在工作状态一直维持为高电平；如果在一定的时间内（Tpshold时间），AP没有能将PS_HOLD管脚拉高，则表明AP启动失败，PMU自动进行下电过程。通常要求Power_Key和PS_HOLD信号之间存在一定的关系，即Power_Key信号必须保持为低电平直至PS_HOLD信号被AP驱动为高，如图2所示。这是因为，如果发生了AP上电初始化失败而没能在设置的时间Tpshold内将PS_HOLD信号拉高，Power_Key仍然维持为低能够确保PMU将被触发再一次上电过程，从而确保上电成功。


图2 Power_Key信号

当系统处于关机状态时，如果Power_Key被短按，PMU将触发上电过程，当AP上电启动完毕后将PS_HOLD信号拉高--此时不管按键是按下还是松开的状态，PMU的PS_HOLD都可以在Tpshold时间内经过R2/C1/R1被及时拉高，系统上电成功不存在问题。当系统处于开机工作状态时，如果Power_Key被按下，由于PS_HOLD信号立即被拉低，PMU将进入下电过程。按键释放的时刻，系统可能处于下电过程或者上电过程的某个阶段，最终导致有可能关机和有可能系统复位的不可以预测的结果，这是产品设计所不可以接受的，如图3所示。更重要的是，采用这样的设计，系统也就根本无法实现软件关机功能了。所以，在这种电路设计中，Power_Key和S1是不能够设置在一起的。


图3. AP + PMU的硬件架构中开/关机按键和复位按键不能合二为一的时序

为了校正PMU自身没有专门的硬件复位输入管脚，而需要借助PS_HOLD信号拉低进行复位的这个缺陷，新的PMU中开始引入了专门的RESET_IN的复位管脚，允许外部电路通过这个管脚硬件复位PMU.但是，这里仍然存在的问题是--PMU的规格要求开/关机按键和复位按键必须在物理上分开，不能设置在同一个按键上，需要将复位按键隐藏在机身上的检修孔中，无法实现单键开/关机和复位的方案。

那么，有没有一个硬件方案能够使开/关机按键和复位按键合二为一，实现智能手机设计中的单键开/关机和复位的智能方案呢？

3智能手机设计中的单键开/关机和复位智能方案

意法半导体STM65xx系列智能复位芯片系列有两个或者一个输入，可以连接设备上的两个或者一个功能键。如果这两个键被同时或单个键被按住一定时间（时间长短可以设置或根据型号进行选择），复位芯片将向主处理器发送一个复位信号。复位芯片的两个或者一个输入和延时设定功能，使按键的"普通功能"和按键的"系统复位功能"合二为一，同时能有效地防止设备被意外复位。

在智能手机设计中，当下流行单键开/关机和复位的设计，即整个机身上只有一个机械按键，该按键盘承载了开/关机和卡机复位的功能。STM65xx智能复位芯片系列中的STM6513能够非常圆满地实现这个功能。设计者只要将STM6513的SR0和SR1输入管脚可以连接在Power_Key上（需要双键长按复位的设计，则只需要将/SR0和/SR1分别连接到不同的功能按键上即可），/RST2连接到AP的复位输入管脚，而RST1连接到PMU的PS_HOLD管脚上，这样就可以轻松地实现智能手机设计中的单键开/关机和复位的智能方案，如图6所示的方案1.


图6.采用STM6519的单键开/关机和复位的智能方案

采用意法半导体STM6513或STM6519智能复位产品，都可以实现以下单键开/关机和系统复位过程：

在关机状态，短按键，上电开机；在开机工作状态，在AP系统软件没有卡机的前提下，短按键，AP对应在显示屏上显示"返回？关机？"供用户选择--如果确认返回，则返回；如果确认关机，则AP将PS_HOLD拉低，PMU进入下电过程，最后关机。在AP系统软件卡机的情况下，长按键（可选，例如8秒钟），系统进行硬件复位，重启开机。