通過定制電源管理集成電路輕松縮短上市時間
發布時間：2025-5-13 17:15
發布者：eechina
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作者：Franco Contadini，ADI公司主管工程師 摘要 電源管理集成電路(PMIC)有益于簡化最終應用并縮小其尺寸，也因此備受青睞。然而，當默認啟動時序和輸出電壓與應用要求不符時，就需要定制上電設置。大多數情況下，電路沒有可以存儲這些設置的非易失性存儲器(NVM)。對此，低功耗微控制器是一個很好的解決方案，其功能特性和所包含的工具可以在上電時對PMIC控制寄存器進行編程，而不需要開發固件。本文將探討如何使用工具鏈來解決集成難題。該工具鏈無需開發固件，能夠簡化PMIC的定制過程，并顯著縮短開發周期。 簡介 為了減小手持設備、智能相機和其他便攜式設備的尺寸并降低成本，設計時需使用高度集成且功能強大的器件。MAX77714是一款高度集成的PMIC，包含多個降壓轉換器、低壓差(LDO)穩壓器、通用輸入輸出(GPIO)和實時時鐘(RTC)，可用于生成應用所需的所有電源軌。 靈活的時序控制器支持針對目標應用定制上電和關斷時序。 這款PMIC提供的幾種VOUT/時序控制器選項（由完整產品型號定義）不符合應用要求。為了提高靈活性，可以使用低功耗微控制器作為替代解決方案。該器件可以在上電時喚醒，對器件寄存器進行編程，然后休眠以節省電力。 要求高集成度的中等規模應用需要采用現成器件的簡單解決方案，并根據需求定制操作。 硬件設計人員一直希望能夠擁有可以自動生成固件代碼的工具，讓他們可以在前期開發時避免涉及軟件資源，同時還能優化資源的使用。 MAX28200 MAX28200是一款低功耗、小尺寸（1.7 mm × 1.8 mm）RISC微控制器，帶有多種外設。對于此應用，我們使用兩個GPIO引腳作為位觸發I2C主機。 電源電壓最高為3.6 V，因此如果輸入電壓超過3.6 V，則使用始終開啟的LDO穩壓器為微控制器供電。該器件可以通過I2C節點接口進行編程。 MAX77714 MAX77714（圖1）是一款高度集成的PMIC，包含四個降壓轉換器、九個LDO穩壓器、八個GPIO、一個RTC和一個靈活的電源時序控制器(FPS)。降壓轉換器和LDO穩壓器按照默認時序和電壓上電，并遵循電壓軌規范。用戶可以通過I2C嵌入式接口進行修改。然而，在大多數情況下，我們需確保默認時序和電壓與連接到PMIC的器件的要求相匹配；如果電壓超過其最大額定值，器件可能會損壞。 上電和關斷時序也很重要，因為現場可編程門陣列(FPGA)等器件為了正常運行，需要按照正確的時序使能和禁用電壓。圖2為默認上電時序。共有八個時隙，電壓可以在任意一個時隙中使能。該器件可以由高達5.5 V的電壓供電。 
圖1.MAX77714簡化功能框圖。
圖2.MAX77714EWC+默認上電時序。 器件接口 P0.0和P0.1用于生成針對PMIC的I2C事務；P0.2負責監控GPIO4的狀態；P0.3利用SPDT開關選擇I2C主機（MAX28200或主機微控制器）。模擬開關是選配項，僅在主機微控制器需在上電后控制PMIC時才需要配置（見圖3）。
圖3.MAX28200和MAX77714與MAX14689和ADP166連接。 上電復位(POR)如圖4所示： 1. P0.3置為低電平，選擇該器件作為PMIC的I2C主機。 2. 寫入以下所需的數據寄存器。 3. P0.3置為高電平，選擇主機微控制器作為I2C主機，該器件進入休眠模式。 4. P0.2連接到GPIO4，用于在關斷時喚醒器件并對寄存器重新編程。 請注意，在配置結束時，必須將GPIO4置為高電平。 一旦使用EN0和EN1信號使能PMIC，它就會以新的時序/電壓配置上電。
圖4.MAX28200程序流程。 MAX77714上電和關斷時序由此處提供的MAX77714 GUI定義。 使用“GUI導入/導出”選項卡，可以將寄存器值導出為Excel文件。 在展示如何使用GUI EVKIT之前，我們需要先知道哪些寄存器對于定制啟動很重要。 MAX77714寄存器詳細信息 降壓轉換器 每個降壓轉換器實例都有三個相關寄存器（SDx_CNFG1、SDx_CNFG2和SDx_CNFG3），用于定義啟動電壓、斜坡速率和工作模式。 CNFG1用于設置輸出電壓，7位至8位位域如下： VSD0 = 0.26 V + ((SD0VOUT[6:0] - 1) × 10 mV) 范圍為0.26 V到1.56 V VSD1 = 0.26 V + ((SD1VOUT[6:0] - 1) × 10 mV) 范圍為0.26 V到1.56 V VSD2 = 0.6 V + (SD2VOUT[7:0] × 6.25 mV) 范圍為0.6 V到2.194 V VSD3 = 0.6 V + (SD3VOUT[7:0] × 12.5 mV) 范圍為0.6 V到3.7875 V CNFG2和CNFG3寄存器用于選擇斜坡速率（2.5 mV/μs或10 mV/μs）、使能/禁用主動放電、使能/禁用跳頻模式、選擇響應時間和過壓閾值。 LDO電壓調節器 每個LDO穩壓器實例都有兩個相關寄存器（LDO_CNFG1_Lx和LDO_CNFG2_Lx）。 CNFG1設置輸出電壓： LDO0和LDO1為0.8 V至2.375 V。 VLDO = 0.8 V + (VOUT_LDO[5:0] × 25 mV) LDO2、LDO3、LDO5、LDO6、LDO7、LDO8為0.8 V至3.95 V VLDO = 0.8 V + (VOUT_LDO[5:0] × 50 mV) LDO4為0.4 V至1.275 V VLDO = 0.4 V + (VOUT_LDO[5:0] × 12.5 mV) CNFG2用于使能/禁用過壓箝位、使能/禁用自動低功耗模式、使能/禁用主動放電、選擇快速/慢速啟動。 GPIO 每個GPIO實例都有一個相關寄存器CNFG_GPIOx，該器件負責選擇方向GPO/GPI、輸出類型（開漏/推挽）和輸出驅動電平（若為GPO），以及輸入驅動電平、中斷行為和去抖動配置（若為GPI）。 FPS 時序由xxxFPS寄存器定義，LDO0FPS至LDO8FPS用于線性穩壓器，SD0FPS至SD3FPS用于降壓轉換器，GPIO0FPS、GPIO1FPS、GPIO2FPS、GPIO7FPS用于GPIO，RSTIOFPS用于復位。 FPS[2:0]用于設置關斷時隙（SLOT0至SLOT7） FPS[5:3]用于設置上電時隙（SLOT0至SLOT7） FPS[7:6]用于設置分配的時序控制器（FPS0、FPS1） FPS0由EN0使能，FPS1由EN1使能 上電和關斷時隙的大小可以利用MSTR_PU_PD寄存器指定： MSTR_PU_PD[2:0]用于指定關斷時隙，MSTR_PU_PD[6:4]用于指定上電時隙 可能的步長為：31 μs、63 μs、127 μs、253 μs、508 μs、984 μs、1936 μs、3904 μs，MAX77714EWC+的默認值為3904 μs。 GUI實際應用 在圖5中，已利用GUI將SD0的輸出電壓修改為0.7 V。
圖5.用于修改SD0電壓的GUI。 SD0上電和關斷時序已修改為時隙2（圖6）。
圖6.用于修改SDO時隙號的GUI。 GPIO4已配置為推挽輸出，驅動電平為高電平（圖7）。
圖7.用于配置GPIO4的GUI。 最后，使用“導入/導出”選項卡將修改后的寄存器值導出為Excel文件（圖8）。
圖8.用于導出寄存器值的GUI。 以下是生成的.csv文件（圖9）。
圖9.MAX77714 .csv文件的格式。 請注意，如果必須在上電期間對連接到I2C的其他器件進行編程，用戶可以使用相同格式將其他命令附加到.csv文件。 從.csv文件創建I2C主機固件 您可以點擊此處獲取MAX28200 GUI，按照以下步驟可對器件進行編程： 1. 從.csv文件構建.hex文件（圖10）。 2. 對器件進行編程（圖11和圖12）。
圖10.從原始.csv文件構建.hex文件。
圖11.使用選定腳本對器件進行編程。
圖12.使用數據模式對器件進行編程。 對建議解決方案進行測試 一旦在上電時使用MAX77714.hex進行編程，P0.3就會置為低電平，以將MAX77714 I2C線連接到MAX28200，并使用新值對SD0和GPIO4寄存器進行編程（圖13）。
圖13.MAX77714 SD0和GPIO4寄存器已用新值進行編程。 現在，當MAX77714使能時，EN0置為高電平，SD0將按照編程設定，以0.7 V在時隙2上電。圖14為寄存器寫入之前上電(a)和寄存器寫入之后上電(b)的情況。
圖14.SDO在寄存器寫入之前和之后上電。(a)寄存器寫入之前上電。(b)寄存器寫入之后上電。 結論 MAX28200是一款頗具吸引力的微控制器解決方案，能夠為PMIC提供上電設置。此過程可以使用工具來自動執行，無需設計人員編寫任何代碼。對于不熟悉軟件的硬件設計人員來說，這是一個非常方便的解決方案。微控制器就像黑匣子一樣，工作時無需固件設計人員參與。設計人員可以使用針對特定應用定制的現成器件來達到集成目標。 作者簡介 Franco Contadini擁有超過35年的電子行業從業經驗。在從事電路板和ASIC設計工作10年之后，他成為現場應用工程師，為工業、電信和醫療客戶提供支持，主要負責電源和電池管理、信號鏈、加密系統和微控制器等相關業務。Franco撰寫了多篇關于信號鏈和電源的應用筆記和技術文章。在意大利熱那亞國際信息學院學習期間，他主修電子學。 |
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