3.4 电源管理单元PMU/PMIC
3.4.1 电源管理单元的作用
电源管理单元(PMU)或电源管理集成电路(PMIC)有以下几大作用:开、关机控制;输入电源自动选择切换;按时序输出多路电压;电池充电控制;电量检测;每路输出电压的过压保护、欠压保护;过流保护及每路电压的开关控制;CPU核心电压的动态调整(在PMU内部工作的电源工作在开关状态,所以有开关工作频率,根据CPU负载的大小,可以调整电源的开关频率,从而调整CPU核心电压的大小,这就是根据负载情况,来进行动态调整,即DUFS);以及电池温度、IC内部温度超温保护等作用。
与传统的非PMU电路相比,电源管理单元有以下优点:提高了电源转换效率;更低的电源噪声;更小的体积;更低的功耗;大大延长电池工作时间。
3.4.2 电源管理单元的工作原理
电源管理单元是一个模块或一个集成电路,这个模块或集成电路也需要电源,所以首先要给PMU提供正常工作所需的电源电压。当按下接在PMU上的开机按键时,电源管理单元根据PMU内部设定的上电时序,按先后顺序输出多路不同的电压。首先是送给CPU部分的电压。一般情况下,首先提供VRTC电压、VIO电压和Valive电压(不同的CPU或ARM,可能电压的名称不一样),以上电压是待机时或关机时,不会断电的电压,其次送出的是Vlog逻辑电路部分的电压,然后给CPU内存及内存控制器等提供相关的VMEM电压,然后再输出内部时钟VPLL电压,再输出内核部分的VCORE电压,最后,CPU开始复位,复位后,CPU会输出HOLD信号给PMU,PMU则继续输出外围模块所需的其他电源电压,如音频部分所需的电源电压VAU,显示电路所需的电源电压VCCD、VCED等,触摸屏所需的电压VTP,USB电源电压,各个接口电源电压等,这时CPU和PMU都进入正常的工作状态了。在工作运行过程中,CPU通过SCL和SDA这两个信号线(又叫I 2 C总线)对PMU进行控制。例如,根据CPU等负载的大小(功耗及电流的大小)、CPU的工作状况以及其他一些条件,来动态地调整PMU内开关电源的开关频率的高低,从而调整电压的大小(DFVS功能)或者适时打开或关闭某路电源,对PMU进行实时控制和调整,从而达到降低功耗、节省电量、延长使用时间的目的。如果在运行过程中,PMU或外部发生了异常(异常的种类见3.4.4 节所述),则PMU通过INT(或IRQ)中断信号向CPU发出中断请求,CPU则根据中断,通过I 2 C总线获取不同的事件,进行不同的处理,从而使整机能正常地运行。
以上是PMU的基本工作原理,大部分的PMU都是如此,但细节上可能会有差异。如有的开机按键接在CPU一端,则开机按键的检测是由CPU来完成的,而不是由PMU来完成。在上电时序上,也会略有差别,有的PMU是专门为ARM或CPU定制的,内含ROM程序,上电时序是不能更改的,也不能用于其他的CPU或ARM;而有的PMU的上电时序是非定制的,需要给PMU编程来设定上电时序,同时因为ARM或CPU的不同,上电时序也会略有不同,上电时序应按照CPU或ARM的上电时序要求来完成。
另外,外部某些功能模块在不使用时,是没有供电电压的,只有在使用该模块时,才会为其提供电压;有的PMU还控制着时钟的频率和启闭。例如,某个部件模块或某个总线的时钟(在工作时送给高频率的时钟,而空闲时则以低频率的时钟工作),这是为减少功耗、节省电源电量而设计的。
3.4.3 电源管理单元的上电时序
有的ARM、CPU对上电时序有要求,同时上电可能会使ARM、CPU不能正常工作,甚至有的不能正常启动、开机。如果同时上电,可能还会造成启动电流过大,一部分电路不能正常工作,甚至烧毁某些芯片,所以复杂的ARM或CPU及其他一些电路都会对上电时序提出要求,按芯片的要求,按规定的顺序和时间间隔来给芯片上电。
3.4.4 电源管理单元异常事件的种类
电源管理单元异常事件的种类有:按键按下,直流电流接入PMU;USB电源接入PMU;电池电源接入PMU(或者上述电源从PMU中移出);每路输出电压过高(过压)或过低(欠压);过流。充电开始、充电结束、低电压告警、电池温度、PMU内部温度、外部温度等这些值都放在PMU的寄存器内,供CPU通过I 2 C总线读取,并做相应处理。