現(xiàn)代消費(fèi)電子設(shè)計(jì)中的硬件智能復(fù)位方案

　1　引言

　　隨著大量新興數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，智能手機(jī)和平板電腦功耗水平大幅度提高，導(dǎo)致待機(jī)時(shí)間也大幅度縮短。為了能否延伸待機(jī)時(shí)間，內(nèi)置電池的設(shè)計(jì)變得越來(lái)越普及。這是因?yàn)殇囯姵氐囊话塍w積是由其結(jié)構(gòu)件所占據(jù)的，如果電池內(nèi)置于智能手機(jī)和平板電腦機(jī)身中，就可以節(jié)省鋰電池的結(jié)構(gòu)件體積，從而在相同乃至更大的體積上大大提高電池的容量。如此一來(lái)，電池的容量確實(shí)得到了大幅度增加，伴隨著也產(chǎn)生了一個(gè)新的問(wèn)題——如果智能手機(jī)和平板電腦在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)生軟件系統(tǒng)卡機(jī)的情況，如何進(jìn)行系統(tǒng)的復(fù)位操作？

　　與產(chǎn)品的主要功能相比，解除卡機(jī)狀況的機(jī)械復(fù)位裝置通常比較落后。為防止設(shè)備意外復(fù)位，大多數(shù)手動(dòng)復(fù)位鍵（如果有的話）都掩藏在機(jī)身內(nèi)。因?yàn)閺?fù)位鍵很難觸及，所以拆卸電池成為非常普遍的解決辦法。但是，這種做法不僅用戶感受度較差，并且增加了成本，還可能會(huì)損壞系統(tǒng)，例如，使重要的數(shù)據(jù)丟失。

　　那么，在內(nèi)置電池設(shè)計(jì)的智能手機(jī)和平板電腦中，如何進(jìn)行系統(tǒng)的硬件復(fù)位呢？本文介紹了一種硬件智能復(fù)位的解決方案，不僅可以在智能手機(jī)和平板電腦設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)雙鍵長(zhǎng)按的智能復(fù)位，還可以實(shí)現(xiàn)在智能手機(jī)和平板電腦中流行的單鍵開(kāi)／關(guān)機(jī)和復(fù)位的智能方案。

　　2 智能手機(jī)和平板電腦應(yīng)用平臺(tái)的開(kāi)／關(guān)機(jī)和復(fù)位的機(jī)制和隱患

　　在當(dāng)今智能手機(jī)和平板電腦的主流平臺(tái)中，通常都存在應(yīng)用處理器（Application Process / Baseband, 下簡(jiǎn)稱AP）加電源管理芯片（Power Management Unit, 下簡(jiǎn)稱PMU）的架構(gòu)，如圖1所示。

圖1. 智能手機(jī)和平板電腦中AP + PMU的硬件架構(gòu)

　　在這種硬件架構(gòu)中，在PMU上設(shè)置有一個(gè)電源開(kāi)關(guān)管腳與一個(gè)機(jī)身上的一個(gè)機(jī)械開(kāi)關(guān)相連（下簡(jiǎn)稱Power_Key）。

　　當(dāng)手機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)的時(shí)候，按下Power_Key將PMU的電源開(kāi)關(guān)管腳拉到地，將啟動(dòng)PMU上電過(guò)程：PMU啟動(dòng)LDO為AP供電，同時(shí)發(fā)出硬件復(fù)位信號(hào)給AP，當(dāng)AP軟件系統(tǒng)啟動(dòng)完畢后，回送一個(gè)PS_HOLD信號(hào)將PMU的PS_HOLD管腳拉高，并且在工作狀態(tài)一直維持為高電平；如果在一定的時(shí)間內(nèi)（Tpshold時(shí)間），AP沒(méi)有能將PS_HOLD管腳拉高，則表明AP啟動(dòng)失敗，PMU自動(dòng)進(jìn)行下電過(guò)程。通常要求Power_Key和PS_HOLD信號(hào)之間存在一定的關(guān)系，即Power_Key信號(hào)必須保持為低電平直至PS_HOLD信號(hào)被AP驅(qū)動(dòng)為高，如圖2所示。這是因?yàn)?，如果發(fā)生了AP上電初始化失敗而沒(méi)能在設(shè)置的時(shí)間Tpshold內(nèi)將PS_HOLD信號(hào)拉高，Power_Key仍然維持為低能夠確保PMU將被觸發(fā)再一次上電過(guò)程，從而確保上電成功。

圖2. PMU的Power_Key和PS_HOLD信號(hào)的時(shí)序關(guān)系

　　當(dāng)手機(jī)處于開(kāi)機(jī)狀態(tài)的時(shí)候，按下Power_Key將PMU的電源開(kāi)關(guān)管腳拉到地，PMU將發(fā)送中斷給AP，AP將根據(jù)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，將PS_HOLD管腳拉到地，PMU自動(dòng)進(jìn)行下電過(guò)程。

　　在這個(gè)機(jī)制中，存在一個(gè)顯見(jiàn)的隱患：當(dāng)AP的系統(tǒng)軟件卡機(jī)的時(shí)候，它將無(wú)法響應(yīng)PMU發(fā)送的下電中斷請(qǐng)求，也就無(wú)法進(jìn)行關(guān)機(jī)或復(fù)位操作了?？赡艿慕鉀Q方法如下：在PMU的PS_HOLD管腳輸入端設(shè)置一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)S1，當(dāng)S1被按下，PS_HOLD信號(hào)被拉低到地，觸發(fā)PMU的下電過(guò)程，如圖3所示。

圖3. AP + PMU的硬件架構(gòu)中的手工復(fù)位方案

　　這個(gè)方案固然可行，但是需要將S1隱藏在不易觸發(fā)的小孔中，平時(shí)用戶是不能夠觸碰這個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)S1的。除了用戶感受不好和增加了設(shè)計(jì)成本與風(fēng)險(xiǎn)外，這個(gè)方案還存在一個(gè)問(wèn)題——當(dāng)下流行的智能手機(jī)或平板電腦的設(shè)計(jì)只有一個(gè)機(jī)械按鍵，也就是連接到PMU電源開(kāi)關(guān)管腳的開(kāi)關(guān)Power_Key。在這種設(shè)計(jì)中，Power_Key和S1是不能夠設(shè)置在一起的。原因如圖4所示。

圖4. AP + PMU的硬件架構(gòu)中開(kāi)／關(guān)機(jī)按鍵和復(fù)位按鍵不能合二為一的原理圖

　　當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，如果Power_Key被短按，PMU將觸發(fā)上電過(guò)程，當(dāng)AP上電啟動(dòng)完畢后將PS_HOLD信號(hào)拉高——此時(shí)不管按鍵是按下還是松開(kāi)的狀態(tài)，PMU的PS_HOLD都可以在Tpshold時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)R2/C1/R1被及時(shí)拉高，系統(tǒng)上電成功不存在問(wèn)題。當(dāng)系統(tǒng)處于開(kāi)機(jī)工作狀態(tài)時(shí)，如果Power_Key被按下，由于PS_HOLD信號(hào)立即被拉低，PMU將進(jìn)入下電過(guò)程。按鍵釋放的時(shí)刻，系統(tǒng)可能處于下電過(guò)程或者上電過(guò)程的某個(gè)階段，最終導(dǎo)致有可能關(guān)機(jī)和有可能系統(tǒng)復(fù)位的不可以預(yù)測(cè)的結(jié)果，這是產(chǎn)品設(shè)計(jì)所不可以接受的，如圖5所示。更重要的是，采用這樣的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)也就根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟件關(guān)機(jī)功能了。所以，在這種電路設(shè)計(jì)中，Power_Key和S1是不能夠設(shè)置在一起的。

圖5. AP + PMU的硬件架構(gòu)中開(kāi)／關(guān)機(jī)按鍵和復(fù)位按鍵不能合二為一的時(shí)序

　　為了校正PMU自身沒(méi)有專門(mén)的硬件復(fù)位輸入管腳，而需要借助PS_HOLD信號(hào)拉低進(jìn)行復(fù)位的這個(gè)缺陷，新的PMU中開(kāi)始引入了專門(mén)的RESET_IN的復(fù)位管腳，允許外部電路通過(guò)這個(gè)管腳硬件復(fù)位PMU。但是，這里仍然存在的問(wèn)題是——PMU的規(guī)格要求開(kāi)／關(guān)機(jī)按鍵和復(fù)位按鍵必須在物理上分開(kāi)，不能設(shè)置在同一個(gè)按鍵上，需要將復(fù)位按鍵隱藏在機(jī)身上的檢修孔中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)單鍵開(kāi)／關(guān)機(jī)和復(fù)位的方案。

　　那么，有沒(méi)有一個(gè)硬件方案能夠使開(kāi)／關(guān)機(jī)按鍵和復(fù)位按鍵合二為一，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)和平板電腦設(shè)計(jì)中的單鍵開(kāi)／關(guān)機(jī)和復(fù)位的智能方案呢？

　3 智能手機(jī)和平板電腦設(shè)計(jì)中的單鍵開(kāi)／關(guān)機(jī)和復(fù)位智能方案