电源管理芯片 mc13892 分析

  I.MX5x 系列配合使用Freescale的MC13892做为PMIC 。 此处粘贴的原理图以I.MX51 EVK板为例。

 Features   特点

1. Battery charger system for wall charging and USB charging  
    电池充电系统包括座充和USB充电。
2. 10 bit ADC for monitoring battery and other inputs, plus a coulomb
counter support module    
    10 bit ADC 监视电池和其他输入，包括一个库仑计数模块 。
3. 4 adjustable output buck converters for direct supply of the
processor core and memory  
    4路直接给处理器内核和内存供电的可调的降压转换器。
4. 12 adjustable output LDOs with internal and external pass devices    
    12路可调的低压差线性稳压器。
5. Boost converter for supplying RGB LEDs   
    给RGB LEDs供电的升压转换器。
6. Serial backlight drivers for displays and keypad, plus RGB LED
drivers  
    供显示和按键的几路背光驱动
7. Power control logic with processor interface and event detection  
    提供处理器接口和事件检测的电源控制逻辑。
8. Real time clock and crystal oscillator circuitry, with coin cell backup  
and support for external secure real time clock on a companion  
system processor IC   
    实时时钟和晶振电路，可以纽扣电池做后备。
9. Touch screen interface    
    触摸屏接口
10. SPI/I2C bus interface for control and register access     
    SPI/I2C 接口做控制和寄存器读写。
11. Two package offerings in 7 x 7 mm and 12 x 12 mm      
    两种封装方式 7x7mm 和 12x12mm

 

1.   系统各模块

1.1、电池管理，ADC和触摸屏接口

图中BP是输入管脚，是整个系统的电源输入脚。 利用ADC来进行对电池电压，电池电流，充电电压，充电电流，ADIN5（可以用来检测电池温度），ADIN6（可以用来检测纽扣电池电压），ANIN7用来进行检测。

1.2、降压转换器（Buck Switcher）

SWxIN接入的为BP，即电源。 SW1的输出电压范围为0.6V~1.375，负载电流为1050mA； SW2，SW3，SW4的输出电压范围为0.6V~1.850，负载电流为800mA； 输出电压可以由寄存器配置输出。

1.3、低压稳压器（LDO Regulator）

总共有12路，可以选择输出到相应的外部设备中；电压的设置也可以在相应的寄存器中进行配置说明。具体在手册的第7.3章节有详细介绍。

1.4、背光和三色LED

这里的Datasheet上的输入输出的方向是错误的。 在这里输出电压可以到达26.5V，电流最大输出为60mA。 对于三色LED，每一个LED的电流输出等级为8种，可以配置相相关寄存器进行设置。具体参考手册第11章。

1.5、SPI和I2C接口

利用SPI/I2C接口可以访问其中的寄存器，进行相应的设置。既可以使用SPI的方式也可以使用I2C的方式。

1.6、逻辑接口和时钟接口

在上图中可以看到有32k时钟的输入的检测，当外部没有32K时钟源时，则使用内部的32K的时钟。
两路PUMSx来决定了上电的顺序；
MODE引脚决定了MC13892工作在哪种模式下，当接入GROUND，则工作正常的模式下（Normal Mode），当接入VCORE上，则进入了测试模式（Test Mode）；
PWRONx来可以作为开关机键使用；
INT引脚是MC13892的中断输出脚；
WDI一般被接入到SW4的引脚上；
RESETBMCU和RESETB分别是MCU的复位引脚和外设的复位引脚；
STANDBY为待机保持引脚；
CLK32K为对外设的32K时钟输出脚；
CLK32KMCU为对MCU的32K的时钟输出脚，前一级的VSRTC是给此32K时钟输出进行供电，CLK32KMCU允许配置是否输出；

 

2.系统状态机

 

2.1、OFF状态

如果提供的BP小于设定的阀值（UVDET），则没有Turn On Event会被接受；
如果提供的BP大于设定的阀值（UVDET），则MC13892的核心电压和RTC开始工作，其余的供电时无效的，此时可以接受一个Turn On Event来离开OFF状态。
Turn On Event主要有下列几种情况：按键（Power Button Press），充电接入（Charger Attach），电池接入（Battery Attach），USB接入（USB Attach），RTC报警（RTC Alarm），系统重启（System Restart）。

2.2、Cold Start状态
在这个状态下，Switchers和Regulators会依次上电来防止电流涌入。当进入此状态，Reset Timer会开始运行，当定时时间到，RESETB和RESETBMCU会从低电平跳变到高电平，此时输入控制脚WDI和STANDBYx会无效的。

2.3、WatchDog状态
在这个状态中，MC13892是完全在SPI的控制之下的，WatchDog Timer会开始运行。当定是时间到，会进入到On的状态，在此时输入控制脚WDI和STANDBYx仍是无效的。

2.4、On状态
MC13892完全可以由SPI来进行控制；WDI必须为高，这里提供的推荐接法为连接到SW4。如果WDI变为低，系统会进入到Off State或者是Cold Start；

2.5、User Off Wait状态
MC13892仍然可以受SPI的控制，进入这种模式需要设置USEROFFSPI位为高就可以进入这种模式。在这个过程中，Wait Timer 会开始运行，当定时时间到，则根据相应的状态位来决定进入User Off 模式还是Memory Hold模式。

2.6、Memory Hold状态
在这个状态下RESETBMCU和RESETB为低，并且CLK32K和CLK32KMCU无效（当然如果DRM被设定了，CLK32KMCU仍然是有效 的）。在这里要设置SW1MHMODE=SW2MHMODE=SW3MHMODE= 0，SW4MHMODE=1；

2.7、User Off状态
RESETB是低，RESETBMCU为高，CLK32k无效，如果CLK32KMCUEN和USEROFFCLK位都被设置了或者是DRM被设定 过，CLK32KMCU则是存在的。在这时SW1UOMODE=SW2UOMODE=SW3UOMODE=SW4UOMODE=1；如果想关闭 Switcher，则对相应的mode bit设置为0。

2.8、Warm Start状态
从此状态恢复，需要等待定时时钟到；

开机过程应该是：当开始的时候，MC13892处于供电的状态，且MC13892对CPU处于断电状 态，此时只是MC13892的核心电压和RTC Module处于正常的工作状态，此时检测电路会监测Power ON/OFF管脚电压变化状况，当电压出现一个上升沿，上升沿会自动进行30ms的消抖，此时会把他识别为一个turn on event，从而载入各个Regulator的默认参数，并按照默认的顺序依次启动，间隔为2ms，避免大的涌入电流；

关机过程：Powr ON/OFF键也可以作为关机键，当相应的寄存器位为相关值时，4s钟的按键可以使MC13892给CPU断电，这里要注意在复位寄存器钟相应的值也要修 改，防止在关机之后进入重启模式会导致系统在1s之后重新启动。