摘要
本文首先對PMU 進行了簡單的介紹，有助于讀者理解PMU 的基本功能和選擇方法。其次主要講述LP3925數(shù)據(jù)手冊中的一些不易理解的部分，比如多功能輸入輸出口的設(shè)置等，有助于讀者更好地理解LP3925 的靈活性和可配置性，加深對LP3925 的理解。另外介紹了LP3925 在實際使用中的一些注意事項以及一些常見問題的解決方法，可以幫忙讀者在設(shè)計初期注意規(guī)避實際使用中的一些可能會遇到的問題，縮短調(diào)試的時間。
1. 認(rèn)識電源管理單元 (下面簡稱PMU)
1.1 什么是PMU
PMU 是一個芯片，一般集成了電子系統(tǒng)需求的若干電源供應(yīng)，從而簡化系統(tǒng)的電源設(shè)計，同時可以滿足系統(tǒng)小型化的需求;
PMU 可以說是隨著電子系統(tǒng)的電源需求復(fù)雜性和小型化需求一起發(fā)展起來的，今天PMU 的范圍不僅涵蓋了集成若干DC/DC 和LDO 的小型電源系統(tǒng)，也涵蓋了集成很多其他功能(比如充電器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，比較器，實時時鐘RTC 等)的比較完全的電源管理系統(tǒng)。
1.2 PMU 選擇的基本考慮
對于PMU，最基本的功能是給電子系統(tǒng)供電，所以首先看的是供電能力和時序，比如DC/DC，LDO 的數(shù)量以及電流的驅(qū)動能力，默認(rèn)輸出電壓設(shè)置和上下電時序等能否滿足系統(tǒng)的要求。
其次看其他系統(tǒng)需要的輔助功能，比如需不需要電池充電管理，ADC，RTC，比較器等。
當(dāng)然PMU 也不是越復(fù)雜，功能越全越好，考慮到系統(tǒng)布線，散熱，調(diào)試時間等多種因素，最滿足系統(tǒng)需求的PMU 才是最合適的。
2 LP3925介紹
2.1 LP3925 簡介
LP3925 是非常靈活的可以調(diào)整電源電壓和時序的全功能的PMU，可以給TD-SCDMA 手機系統(tǒng)或者其他應(yīng)用處理器平臺供電。
3925 集成了3 路高性能的800mA 輸出電流的Buck 降壓變換器，4MHz 的工作頻率可以支持小尺寸的1uH 的電感應(yīng)用。其中兩個Buck 可以支持DVS(動態(tài)電壓調(diào)整)的功能。開機和關(guān)機時序可以根據(jù)需要在生產(chǎn)時調(diào)整(具體調(diào)整范圍可以參考datasheet Page24， additional configuration options) 。
集成了15 路LDO，其中10 路通用的低噪聲LDO，3 路WILO(寬輸入低輸出wide input low output)LDO，1 個USB LDO 和一個低輸出電流的LDO;
集成了具有1.2A 的路徑管理(power route)功能的線性充電管理單元，支持28V OVP;
集成了具有2 個鬧鐘的RTC 模塊，2 個比較器和2 個TCXO 緩沖器，12bit 的ADC，備用電池充電管理等;
可以支持無電池開機。
2.2 LP3925 datasheet 中幾個重點:
2.2.1 Buck/LDO 等功能模塊的使能控制(datasheet 13 和25 頁):
對于每一個功能模塊，都有相對的4 位寄存器值來控制它的使能，這些對應(yīng)的寄存器可以在datasheet第13 頁找到。知道了寄存器地址，再去看如何設(shè)置這些寄存器的值。Datasheet 第25 頁的表格包含了詳細(xì)的使能信號控制模式，可以把第25 頁的表格理解成一個查找表，需要什么控制方式，在表中查找對應(yīng)的寄存器值。
首先每一個功能模塊對應(yīng)的寄存器位可以在第13 頁可以找到，寄存器地址從0x37 到0x41。
表 1: 電源使能控制方式選擇寄存器( datasheet 13 頁)
其次，對應(yīng)的寄存器的4 位值控制了對應(yīng)模塊的使能方式，對于具體的值的定義可以在25 頁的表中出查到。
表2:寄存器0x37-0x41 控制信號查找表( datasheet 25 頁)
下面以LDO1 為例，介紹各個模塊的控制方式: 在第13 頁可以看到
LDO1 的控制方式對應(yīng)寄存器0x37的低4 位，這4 位的值從0H 到FH，LDO1 有不同的控制方式:比如0H 表示LDO1 是一直關(guān)閉的;2H表示LDO1 的使能關(guān)閉取決于寄存器0x00 的bit0 的值，如果寄存器0x00 bit0 是0b，LDO1 是關(guān)閉的，如果寄存器0x00 bit0 是1b，則LDO1 是使能的;8H 表示LDO1 的使能取決于Enable1 的電平;9H 表示LDO1 的使能取決于Enable2 的電平;Enable 的來源見下面的多功能引腳介紹。以此類推，可以得出其他功能模塊的控制方式。
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2.2.2 多功能引腳:
Datasheet 第26 頁的表格包含了多功能引腳的詳細(xì)定義，對于每一個多功能引腳，都有相對應(yīng)的4位寄存器值來控制它的實際功能。同樣可以把第26 頁的表格理解成一個查找表。
首先每一個多功能引腳的功能定義對應(yīng)的寄存器位可以在第13 頁找到，寄存器地址從0x19 到0x23。
其次，對應(yīng)的寄存器的4 位值控制了對應(yīng)多功能引腳的實際功能，可以在第26 頁里面找到寄存器值和功能的對應(yīng)關(guān)系。
下面以O(shè)SC_32KHz 為例，介紹各個多功能引腳的實際功能。在第13 頁可以看到OSC_32KHz 的功能控制對應(yīng)寄存器0x19 的低4 位，這4 位的值從0h 到Fh，OSC_32KHz 有不同的功能:比如0h 表示OSC_32KHz 是高阻態(tài);1h 表示OSC_32KHz 是與PWR_ON 引腳電平信號相反的數(shù)字輸出引腳;2h 是比較器1 的輸出引腳;4h 是Enable1 信號;5h 是Buck1 的DVS 控制信號，7h 是ADC1的輸入引腳;8h-Fh 是32KHz 的時鐘輸出引腳。
表3: 0x19-0x23 多功能引腳功能控制寄存器( datasheet 13 頁)
表 4: 寄存器 0x19-0x23 多功能引腳功能查找表( datasheet 26 頁)
2.2.3 充電管理恒流到恒壓模式的轉(zhuǎn)換
在通常的描述里面，通常描述恒流到恒壓的的轉(zhuǎn)換電壓是電池的充電截止電壓，但是在實際的芯片設(shè)計中，充電電壓的檢測點經(jīng)常不是放在電池的引腳上，這樣充電過程中，由于充電器內(nèi)阻的關(guān)系，檢測點的電壓和電池引腳上的電壓會有一些差異，這就造成了在實際測試時，電池引腳上的電壓還沒有到充電截止電壓時，充電器就已經(jīng)由恒流轉(zhuǎn)換到恒壓模式了。下面這張圖是把datasheet 32 頁的圖優(yōu)化了一下，可以更好的幫助理解
圖1：充電管理電壓-電流曲線
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2.2.4 電流宿(current sink)的設(shè)置:
在LP3925 里面，集成了3 個電流宿。Sink1 最大可吸收250mA 電流，Sink2/3 最大可以吸收100mA 電流。
· 電流宿的平均電流可以通過寄存器0x22 bit7:4，0x23，0x42 bit5:3 和0x52-0x54 來設(shè)置。
· 使用電流宿的首先要設(shè)置電流宿的最大電流，這在寄存器0x22 bit7:4，0x23 可以設(shè)置，每個電流宿用4 位 0H 到FH 來設(shè)置，具體的對應(yīng)電流可以在datasheet 第27 頁可以查到。比如0x22 bit7:4 如果為FH，表示設(shè)置電流宿1 的最大可以吸收電流是250mA;
· 其次就是設(shè)置電流宿的PWM 占空比。LP3925 里面和通常用的電流宿不一樣的地方在于LP3925 不是通過直接設(shè)置PWM 的占空比來控制電流的，可以通過一些換算來得到平均占空比。
· 首先時間被分為9 個大周期，而每一個大周期又包含了7 個小周期?？梢岳斫鉃闀r間被分成了63 個時隙，設(shè)置PWM code 的時候，就是往這63 個時隙里面填;
· 寄存器0x52 到0x54 bit5:0 分別設(shè)置電流宿1/2/3。寄存器值0 到63 剛好對應(yīng)63 個時隙。當(dāng)寄存器為0 時，電流宿關(guān)閉，當(dāng)寄存器為63 的時候，電流宿全部打開。
· 具體填時隙的方式如下圖:
圖 2：電流宿占空比設(shè)置
3 LP3925應(yīng)用注意事項:
3.1 Layout 注意事項：
詳細(xì)的layout 注意事項可以參考datasheet，下面是一些設(shè)計要點:
對于buck:
· 到負(fù)載的電流，從輸出電容的上過;
· 輸入輸出電容的地和buck 的GND 引腳需要有很好的地的連接。這三個中輸入電容的地和buck 的地引腳更重要，需要保證最小的回流路徑;同時通過盡量多的過孔連接到主地;
· 當(dāng)同一個buck 的輸入輸出電容的地以及buck 的地非?？拷臅r候，可以采用星型連接下主地;但是當(dāng)他們不是很靠近的時候，首先要保證盡量快的連接到主地;
· 輸入電容需要靠近VINB 引腳，輸出電容需要靠近電感;
· SW 連線需要盡量粗也盡量短;
· Buck 的反饋線需要從輸出電容上拉回到芯片，不能從電感上拉回;另外，反饋線需要盡量遠離SW線;當(dāng)不能遠離的時候，和SW 線盡量走成交叉線。反饋線最好能夠有地線或者地平面做保護;
· 不同的buck 的電容地和buck 地，盡量使用不用的過孔連接到主地，特別是輸出電容的地，防止buck 之間相互干擾;
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對于LDO:
· 相對于buck 的電容電感，LDO 的輸入輸出電容沒有那么要求苛刻;
· 對于LDO 來說，在條件允許的情況下，輸入輸出電容盡量靠近輸入輸出引腳，并且以輸入電容優(yōu)先;
· LP3925 的通用LDO 加入了創(chuàng)新技術(shù)，可以支持輸出遠端電容(remote cap)的應(yīng)用。當(dāng)負(fù)載距離
· LDO 輸出10cm 以內(nèi)，并且負(fù)載端已經(jīng)接了1uF 以上的電容的時候，通?？拷?strong>LDO 輸出引腳的輸出電容可以省略。
3.2 各個功能模塊應(yīng)用注意點
3.2.1 Buck 降壓轉(zhuǎn)換器
通常來說,buck 是比較容易被干擾和產(chǎn)生干擾的部分，一是因為其內(nèi)部有很多小信號，二是因為他本身有4MHz 的開關(guān)，容易產(chǎn)生干擾。為了降低干擾，首先layout 需要特別注意，layout 的注意事項可以參考上節(jié)。 其次，在設(shè)計上建議增加抗干擾的方案，在Buck 的輸出到負(fù)載之間，加磁珠是降低干擾的很有效的方法。
圖3：Buck 輸出結(jié)構(gòu)圖
3.2.2 電流宿(current sink)
一般來說，電流宿可以用來驅(qū)動鍵盤的背光LED，LCD 的背光LED 或者振動馬達。但是需要注意的是，電流宿不能驅(qū)動比較大的感性負(fù)載(比如測試用的繞線電阻)。
3.2.3 實時時鐘(RTC)供電
LP3925 的RTC 部分通過VCOIN 引腳供電，當(dāng)使用的備份電池過放的時候，即使系統(tǒng)加入主電池，VCOIN引腳電壓仍然可能會低于RTC 正常的最低工作電壓(1.9V)。當(dāng)PMU 開機的時候，如果VCOIN 引腳的電壓低于1.9V，LP3925 會鎖定實時時鐘和IIC 直接的通信接口，造成系統(tǒng)不能和實時時鐘部分通信。為了解決這個問題，可以在備份電池和VCOIN 引腳之間加一個約47Kohm 的電阻，通過50uA 的備份電池充電電流把VCOIN 引腳的電壓保持在2V 以上，保證系統(tǒng)在任何備份電池的電壓下，RTC 部分都能夠正常工作。
圖4：備份電池連接電路
3.2.4 充電管理(charger)模塊
LP3925 的充電管理模塊支持電流路徑管理的應(yīng)用，也就是說在外部充電器(交流適配器或者USB 輸入)的輸出負(fù)載能力足夠的時候，充電管理首先會滿足系統(tǒng)對電流的需求，其次再滿足電池的充電需求。這個功能的好處是可以減少電池的頻繁充放電，而且可以盡量滿足電池的充電電流穩(wěn)定。另外，電流路徑管理還支持把VDD 和VBATT 支路分開，這樣當(dāng)電池過放電時，系統(tǒng)仍然可以在低電池電壓下開機。為了滿足電池的充電電流盡量穩(wěn)定，建議外部充電器的輸出能力比需要的電池恒流充電電流大，最好大300mA 以上。在LP3925 的寄存器里面，IDCIN 設(shè)置的電流也應(yīng)該比IBATT 設(shè)置的電流大300mA 以上。當(dāng)外部充電器的電流輸出負(fù)載能力比較低(比如500mA)而同時又需要電池恒流充電電流比較高，沒有辦法保證300mA 電流差值的情況下，需要仔細(xì)地優(yōu)化IDCIN 和IBATT 的參數(shù)設(shè)置。調(diào)試時，可以先將目標(biāo)IDCIN 設(shè)置到外部充電器的額定電流，同時IBATT 比IDCIN 小一個等級50mA，然后同時逐級降低IDCIN 和IBATT 電流，直到找到使得系統(tǒng)充電能夠穩(wěn)定工作的目標(biāo)IDCIN 和IBATT 值。
4 結(jié)論：
LP3925 是一個功能完全，配置靈活的PMU，可以滿足多種手機平臺的電源需求。配合合適的軟件，硬件設(shè)計，可以大大減小產(chǎn)品的研發(fā)時間，實現(xiàn)快速的上市需求。另外LP3925 已經(jīng)在聯(lián)芯科技的LC1808 等多個TD-SCDMA 手機平臺上量產(chǎn)，是一個成熟的電源管理單元。
參考文獻：
LP3925 datasheet Rev. 2.13
下載文檔
