具有自适应开机和冬眠功能的电源管理设计

图2中，PSIO即前述PSI[0]，为开关机键输入；FSM为开关机控制有限状态机；CNT[16：0]为按键时间计数器；CMP是比较器。
2．2“自适应开机”过程
初始状态：系统处于关机状态，除PMU，RTC仍然保持有电外，SoC其他模块均处于掉电状态，具体初始信号如下：
PSIO：开关机键值保持高，即没有按下；
CLK：32 kHz时钟一直有效；
RSTn：系统复位输入保持为低，即复位有效；
PSO：电源使能输出高阻，即关机；
FSM：开关机控制有限状态机处于“关机”状态；
CNT：按键时间计数器保持清零状态。
启动开机：用户持续按下开机键，触发硬件逻辑变化，具体信号和状态变化如下：
PSIO：开关机键输入为低电平，即该键按下；
CNT：计数器开始计数(每隔一个CLK周期，计数器加1)；
CMP：比较器在每个CLK周期都将CNT值与{PFR[19：9]，6’b111111}进行比较，并将比较结果送给FSM；
FSM：当收到比较相等的信号，FSM进入“开机尝试”状态，即控制PSO输出PVL所指示的电平，同时复位计数器使之重新开始计数；
PSO：输出PVL所指示的电平，即尝试使能开机上电；
RSTn：如果PVL所存值正确，上述上电过程成功，手机正常上电，经过复位延迟后，复位变为无效idianndiane：按键键；FSM进入“开机成功”状态(等待开关机键再次按下，然后进入“关机”状态)。
初次或异常开机过程：在手机初次上电或发生电源失效后恢复使用时，PVL寄存器的值可能错误；此时开机过程基本同上，只是FSM进入“开机尝试”状态后，PSO输出与PMIC期望相反的电平，此后的过程说明如下：
CNT：在FSM进入“开机尝试”状态后，重复开始计数；
CMP：当按键时间第二次达到阈值，比较器将再次输出比较相等的信号；
FSM：FSM在“开机尝试”状态再次收到比较相等的信号，将PVL值取反存入PVL寄存器；
PSO：保持输出PVL所指示的电平，使能开机上电；
RSTn：上电过程成功，经过复位延迟后，复位变为无效idianndiane按键键；FSM进入“开机成功”状态。易知在此异常开机过程中，用户需要持续按住开机键至少两倍于阈值所定的按键时间。以上开关机控制有限状态机变化图如图3所示。

3 冬眠功能
冬眠(Hibernation)是一种独特的省电模式。其特点之一是功耗极低近乎关机，与关机状态不同的是在PCB上SDRAM和用于唤醒的部件仍然有电，其中SDRAM处于低功耗的自刷新状态；特点之二是快速唤醒，为了保证良好的用户体验，系统要从SDRAM快速启动并快速回到冬眠前的现场。显然，实现冬眠功能需要SoC(主要是PMIC)、SDRAM和系统PCB上硬件机制的支持和软件的配合。
3．1 功能框图和信号、构件说明
冬眠功能的实现框如图4所示。

图4中的部件：SoC为主控芯片；PMU为主控芯片内的电源管理单元；PMIC为电源管理芯片；SDRAM为动态存储器，包括DDR／DDR2／DDR3等；PoR为复位发生器；KBIC为键盘控制芯片，用于唤醒“冬眠”，其INTn与PSI1相连，I2C连到SoC的相应接口；KBIC由VDDM供电；图4中的信号：VDDP／VDDM／VDDC为PMIC的电源输出，分别给PMU，SDRAM／KBIC和其他部分供电；CKE是从SoC输出至SDRAM的控制信号，用于控制SDRA M的自刷新状态；SoC的电源使能输出PSO0／PSO1被拉到关断状态(如果使能电平为高，拉到GNDP，否则拉到VDDP)。
3．2 冬眠功能实现过程
3．2．1 进入冬眠
(1)软件保存快速启动代码和当前程序现场到SDRAM；
(2)软件控制SDRAM进入自刷新模式(CKE=0并保持到唤醒之后)；
(3)软件控制SoC预备进入“冬眠”模式(包括停时钟，关PLL等)；
(4)软件将快速启动的初始地址写入PSR；
(5)软件将2’bI0写入PCR(即关VDDC，保持VDDM)；
(6)硬件上PSO0输出高阻，PSO1输出有效使能电平；由于VDDC掉电，RSTn拉低复位有效；CKE输出为高阻，由下拉保持在低电平使SDRAM维持自刷新状态。
3．2．2 唤醒冬眠
(1)用户按下指定键导致PSI1拉低达到阈值时间，触发冬眠唤醒逻辑；
(2)硬件控制PSO0输出有效使能电平使VDDC上电；
(3)SoC进入复位阶段，其中CKE的复位值为0；
(4)PoR在经过固定延迟后太高RSTn，使复位失效；
(5)SoC进入启动阶段，控制权交给软件；
(6)软件判断此为冬眠唤醒而非开机启动，控制SDRAM跳出自刷新状态；读PSR获得启动地址，直接运行SDRAM上的启动代码，并回到冬眠前的现场；
(7)软件判断引起冬眠唤醒的原因，执行相应操作。(在上述功能框图中，KBIC被用作唤醒部件，按任意键都会引发“冬眠”唤醒，然后软件通过I2C读出键值确定所按何键)。

4 结语
自适应开机功能简化了PCB上供电电路的设计，也使系统设计者能自由选择性价比更高的PMIC从而有助于降低整机成本；自适应开机的实现方法已由笔者所在公司申请专利保护。
本文所公开的冬眠功能已成功用于电纸书的应用：读者阅读当前页时，SoC进入冬眠状态，超级省电；当读者按动翻页键(PgDn或PgUp)时，SoC快速复活并显示下一页或上一页的内容，然后又开始冬眠。当使用Mobile SDRAM作为外部动态存储器时，笔者测量其电纸书参考系统的普通待机功耗为2．2 mA，而在“冬眠”状态下的待机功耗为180μA(主要来自Mobile SDRAM的自刷新功耗)。由是，利用冬眠功能本电纸书一次充电后的使用时间可从数周延长到数月。