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关键字：S3C2440A 嵌入式 手持终端 电源管理
引 言
电源管理(Power Management，PM)是电子系统中必不可少的技术。由于采用了先进的电源管理技术，移动电话、PDA等产品得到了广泛的应用。如果不采用完善的电源管理技术，移动电话的通话时间可能不超过2 min。随着人们对嵌入式手持终端设备功能水平要求的不断提高，手持终端的功耗也在不断增高。与之相矛盾的是，手持终端的尺寸却在不断缩小，工作时间也在不断延长，使嵌入式手持终端电源系统管理面临越来越大的压力。如何设计出性能稳定、功耗低的电源管理系统已经成为嵌入式手持终端设备开发的难点之一。本文重点介绍基于微处理器S3C2440A的手持终端电源管理系统。
1 供电需求
手持终端的CPU采用三星公司的ARM920T内核处理器S3C2440A。S3C2440A是专门为各类手持终端而设计的高性能嵌入式微处理器，主频可达400 MHz，具有外围接口丰富、体积小、功耗低等特点。
S3C2440A有4种工作模式：正常模式、慢模式、空闲模式、睡眠模式。4种模式之间可以相互转换，区别主要在于处理器工作频率、工作电压和设备组合的不同。本设计中主要针对正常模式和睡眠模式采用不同的电源管理策略。
1．1 正常模式下供电需求
在正常模式下，CPU以及外围部件都需要供电。外围部件主要包括Flash、SDRAM、GPRS、GPS、无线模块、LCD、触摸屏等部分。硬件结构如图1所示。
CPU电压分为2组：核心电压为1．2 V；I／O引脚电压为3．3 V。USB和GPS供电电压为5 V。LCD的供电电路比较复杂，需要专用的驱动芯片为其供电。由于现在几乎所有的手持终端都是彩屏，作为调节LCD背光亮度的LED也需专门的驱动电路。其余部分(如GPRS、无线模块、音频等)都为3．3 V。
1．2 休眠模式下供电需求
CPU 90％以上的时间处于休眠模式，休眠状态下电源管理的好坏对于手持终端工作时间的长短起着决定性作用。图2是手持终端在休眠模式下供电需求。
休眠模式下，外部需要通过VDDalive端口为CPU内部能量控制模块提供1．2 v／1．3 V电压，为存储器接口电源VDDMOP、ADC端口电源VDD_ADC、I／O端口电源VDDOP提供3．3 V电压。实时时钟需要在休眠模式和系统关机时依然对其供电。PWREN为控制信号，在CPU进入睡眠后，PWREN为低电平，可通过此引脚关闭睡眠模式下不使用的模块。
2 电源管理策略
2．1 正常模式下电源管理策略
正常模式下的电源管理主要是通过控制外设控制器的开关来达到节约能量的目的。S3C2440A外设接口控制器丰富，但这些控制器不一定同时都用到。通过设置寄存器可以有选择地关闭不需要的功能模块，尽量将不使用的控制器关闭，尽可能节省功耗。因为如果不将其关闭，即使它们没有处于工作状态，仍然会消耗电流。
2．2 休眠模式下电源管理策略
休眠模式下，主要采用Time-out策略，如图3所示。系统完成所有任务后，如果持续时间超过某一阈值(该时间间隔可由系统提供的计时模块设定)，电源管理模块将系统转换至休眠状态，直到有新任务请求到达时再唤醒系统，则执行任务。通过这种方式达到降低系统设备功耗的目的。
3 电源管理系统设计
3．1 硬件设计
嵌入式手持终端电源管理系统硬件设计必须同时满足CPU正常模式和休眠模式的供电需求。
3．1．1 休眠模式下供电电路
休眠模式下供电电路如图4所示。电池的电源经过Buck变换器后，输出3．3 V供给I／O、VDDalive等端口；3．3 V经过LDO变换器输出1．2 V，为休眠时CPU内部能量管理模块供电。电池电压经过LDO变换器输出3．3 V，直接给实时时钟RTC供电，只要手持终端电池电压大于3．3 V，系统RTC就会工作。使用LDO变换器为RTC供电是因为输入、输出电压差别不大，效率较高。但是，CPU的1．2 V电压通过Buck变换器和LDO变换器得到，LDO的效率虽然不到50％，但比Buck变换器高。
3．1．2 正常模式下供电电路
正常模式下供电电路如图5所示。从图中可看出，电路共包括3个子模块：电池管理、电压管理和负载管理。
电池管理：主要由锂离子充电电路和充电监控电路组成。外接直流电源通过充电电路为锂离子充电电池充电，充电完毕后充电电路自动关闭充电。
电压管理：所有在睡眠模式下不需要提供电源的模块，其电源供应都必须通过休眠控制部分进行控制，在系统休眠时关闭各个不使用模块的电源。所有在休眠模式下需要供电的模块均不通过休眠控制，直接通过电池电压变换后供电，或者通过主电源直接或间接变换得到。负载管理：在不使用模块时，通过GPIO口关闭可降低功耗。
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