COM载板设计之二：电源与复位
3.1 电源一般要求
COM Express是单电源供电：12VDC，+/-5%。有些厂家的模块电源适应范围可能会更宽一些，COM Express模块消耗功率一般在25到50W范围。
如果有一些暂停功能（RAM暂停，磁盘暂停，按键唤醒，USB设备有效唤醒等），那么COM Express模块需要一个5V Suspend电源。如果不使用这些暂停功能，模块的VCC_5V_SBY脚应该悬空。
3.1.1 VCC_12V上升时间和浪涌电流。
直接把模块接到一个电池上，这种快速的电源电压上升时间，可能会导致比较大的浪涌电流，因此，COM Express模块的输入电源的电压上升时间应该限制，一般2.5V/ms。
3.2 ATX和AT方式电源控制
3.2.1 ATX与AT电源比较
ATX电源普遍应用在PCs中，它又两套电源，一个是正常操作使用：12V，5V，3.3V和-12V，还有一个独立的5V暂停电源，所谓的暂停电源就是其ON的充要条件是AC输入存在，而正常操作电源ON的充要条件，AC输入存在且PS_ON#信号为0，这样就会使软件能够控制电源。PC主板可以实现多种控制AC电源的机制，包括按钮，键盘事件，鼠标动等。
AT电源ON的充要条件是AC接入，软件不可控，所以PC中不使用这种电源。
将ATX的PS_ON#始终接到地上，ATX就变成了AT。
3.2.2 电源状态
如下表：
表38，电源状态
| 状态 |
描述 |
注释 |
| G3 |
Mechanical |
AC电源拔出，也许系统里还要电池维持RTC工作。 |
| S5 |
Soft Off |
系统电源切断，但是5V Suspend电源供电。系统的上下文内容并不保存。 |
| S4 |
Suspend to Disk |
系统电源切断，但是5V Suspend电源供电。系统的上下文内容并不保存。系统上下文保存在磁盘媒体中。 |
| S3 |
Suspend to RAM |
系统电源切断，但是5V Suspend电源供电。系统的上下文内容并不保存。系统上下文保存在RAM中。 |
| S0 |
On |
系统上电。 |
COM Express信号SUS_S5#，SUS_S4#和SUS_S3#状态如下：
| 状态 |
SUS_S5# |
SUS_S4# |
SUS_S3# |
| G5 |
N/A |
N/A |
N/A |
| S5 |
Low |
Low |
Low |
| S4 |
High |
Low |
Low |
| S3 |
High |
High |
Low |
| S0 |
High |
High |
High |
3.2.3 ATX和AT电源上电顺序
图50：ATX上电顺序
图51：AT上电顺序
表40：ATX和AT电源上电定时：
| 参数 |
最小值 |
最大值 |
描述 |
注释 |
| TPB |
10ms |
500ms |
从按下电源按钮到使得模块退出Suspend模式的时间 |
仅对ATX |
| TPSR |
0.1ms |
20ms |
电源上升时间 |
|
注意：
l 有一个时间段（如上面图50和图51所示的TMP1）
l 在TMP1期间，载板电路不应该驱动任何COM Express信号。
l 在TMP1期间，PWR_OK信号可以用来延后COM Express Boot，有时需要这么做，这样允许载板上的FPGA等需要配置的器件在BOOT前配置好。
l 载板上对COM Express信号的上拉应该保持最少，以避免在这个期间后驱COM Express信号脚，载板对COM Express信号的上拉通常是不必要的，大部分信号如果需要上拉，则在模块里就上拉了。
3.2.4 电源监视电路的讨论
COM Express模块使用的芯片组，都集成了一个状态机或者微控制器，它由Suspend电源供电（就是说其电源来自VCC_5V_SBY，只要AC接着在，这个电源总是有的），状态机或微控制器的功能是管理系统电源状态，监视不同的可能引起电源状态改变的输入（比如PWRBTN#、WAKE0#、WAKE1#等），并输出状态信号（比如SUS_S5#、SUS_S4、SUS_S3、SUSPEND#）使系统硬件能够控制系统中的不同电源。
3.2.5 电源按钮
COM Express的PWRBTN#输入可以被载板硬件使用，用来实现ATX方式的电源控制。在下图的原理图中就给了一个这么做的例子。COM Express的PWRBTN#一般由模块的芯片组来，通常PWRBTN#输入由模块的芯片组反弹。
在电源按钮按下之后，系统行为取决于芯片组能力和模块硬件厂家的硬件设计及BIOS设计。基于Intel 915GM、945GM和965GM芯片组的模块，下面的行为有RTC芯片寄存器设置：
电源按钮状态
| 状态 |
描述 |
| 总是ON |
无电源按钮按下需要 芯片组在Suspend电源稳定后取消断言SUS_S5#，SUS_S4#和SUS_S3# |
| 等到电源按钮按下 |
芯片组保持Suspend状态知道电源按钮按下信号收到 |
| 最后状态 |
当电源去掉之后，如果单元是ON，那么当电源再次接通的时候单元返回ON |
3.3 参考设计
3.3.1 ATX电源
ATX电源广泛使用，便宜而又可靠。ATX电源提供的电压种类比载板要求的电源电压种类多，但载板有时需要其它种类的电源。
下图显示了ATX电源载板电路，使用了一个24脚的ATX主电源连接器。对于带大功耗的CPU或图形卡的系统，两个附加的12V电源需要通过一个4脚的+12V电源连接器提供。
PWRRTN#对COM Express模块来说是输入，开关反跳在模块上实现，PWRBTN#信号的下降沿启动从S5（软件关）到S0（软件开）的状态变化，如果设备已处于ON状态，则变化相反。
ATX电源由PS_ON#来控制，主ATX电源在PS_ON#为低的时候工作，为了关掉电源，PS_ON#可以浮空，这个网络通常由COM_Express的SUS_S3#信号反向来驱动，典型地通过与模块检测电路“与”控制，这个逻辑应该有VCC_5V_SBY来供电，例如，如果系统或者CPU超温，主电源自动断电。
表42：
| ATX信号名称 |
描述 |
| PS_ON# |
低有效，TTL电平输入，低使能电源，如果高或者浮空，断电，但+5V Suspend除外 |
| PWR_OK |
高有效，表示+12V, +5V, +3.3V, -12V有效 |
| +12V1DC |
+12V电源，除CPU外的系统其它电路使用，受控于PS_ON# |
| +12V2DC |
+12V电源，CPU使用，受控于PS_ON#。这个电源使用一个独立的2x2连接器，仅供CPU来使用。 |
| +5VDC |
+5V电源，受控于PS_ON# |
| +3.3VDC |
+3.3V电源，受控于PS_ON# |
| -12VDC |
-12V电源，受控于PS_ON# |
| +5VSB |
+5V Suspend电源，只要AC电源存在，这个电源就存在 |
| COM |
电源返回端。也即是地 |
注意，12V有两个，一个供CPU使用，一个供CPU外的其它电路使用。这是两个独立的电源，每个最大输出240W。
早期的ATX电源连接器是2x10的，它们是兼容的。还有更早期的电源，只有一个+12V，2x2的CPU+12V电源并不存在。其实对于COM Express模块大都使用低功耗的CPU，所以，一般不需要独立的+12V CPU电源。
3.3.1.1 最小负荷
如果+12V、+5V、+3.3V电源负载太轻，ATX电源可能启动不起来。ATX12V电源设计指南