采用混合信號(hào)控制器進(jìn)行混合工作管理系統(tǒng)電源的基本要求
2013/5/15 10:04:50
與任何其他的電池供電設(shè)備一樣，電源管理是至關(guān)重要的。為了降低功耗，首要任務(wù)就是在集成的模擬電路不使用時(shí)將其關(guān)閉。由于所有模擬電路都嵌入在快閃 MCU 中，其完全由軟件控制的，可以方便地進(jìn)行操作。
除了功耗要最低之外，手持醫(yī)療機(jī)械還必須提供足夠好的性能與功能，能夠在不同的操作狀態(tài)下快速切換。系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)必須具備相應(yīng)的靈活性，以滿(mǎn)足以下彼此沖突的要求：
保證正確時(shí)基的穩(wěn)定性；
低功率可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命；
實(shí)現(xiàn)高性能的速度；
快速響應(yīng)事件的靈活性。
我們首選的的方法是使用 32 kHz 的表面晶體作為輔助時(shí)鐘 (ACLK)，實(shí)現(xiàn)低功耗與穩(wěn)定性，并采用快速啟動(dòng)的高速片上數(shù)控振蕩器 (DCO) 作為系統(tǒng)的主時(shí)鐘 (MCLK)。ACLK 時(shí)鐘始終保持開(kāi)啟狀態(tài)，僅作為計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘以發(fā)出實(shí)時(shí)中斷。高速M(fèi)CLK作為CPU與高速外設(shè)的時(shí)鐘，能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)的處理功能和更快的事件響應(yīng)。DCO 是低 Q 值 RC類(lèi)振蕩器，延遲近于零，啟動(dòng)時(shí)間不到6us。
在 DCO 快速啟動(dòng)的同時(shí)，還可根據(jù)溫度與電壓變動(dòng)頻率。為了管理 DCO 時(shí)鐘并獲得穩(wěn)定的輸出，我們采用頻率鎖定環(huán) (FLL)。FLL是連續(xù)的頻率積分器，持久在后臺(tái)根據(jù)穩(wěn)定參考的分壓器 ACLK 調(diào)節(jié) DCO。分壓的 DCO 與 ACLK 相比較，以 10 比特的加減計(jì)數(shù)器增加或減少DCO，使分壓的 DCO 頻率與 ACLK 頻率相匹配。這是 DCO 與 ACLK 相乘的結(jié)果。
DCO/FLL 組合實(shí)現(xiàn)了事件驅(qū)動(dòng)的極低功耗激活特性，電流時(shí)間長(zhǎng)度較長(zhǎng)，最小化待機(jī)模式，又不降低性能。當(dāng)中斷要求從系統(tǒng)獲得服務(wù)時(shí)，正常情況下 DCO 在待機(jī)狀態(tài)下會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)�？焖夙憫�(yīng)的高速 DCP 時(shí)鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)盡快地為請(qǐng)求提供服務(wù)，而后再返回待機(jī)狀態(tài)。
始終開(kāi)啟的 ACLK 時(shí)鐘計(jì)時(shí)器提供了方便的嵌入式實(shí)時(shí)時(shí)鐘。計(jì)時(shí)器每秒鐘觸發(fā)一個(gè)中斷。由于 DCO 幾乎不需要啟動(dòng)時(shí)間，因此嵌入式實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能不需要任何成本就可作為簡(jiǎn)單的軟件功能實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)對(duì)整體性能造成影響。一個(gè)基本的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能要求不到 100 個(gè) CPU 周期。CPU 時(shí)鐘速度標(biāo)量為 1 MHz 時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能的工作時(shí)間為每秒 100us，或 0.0001%。工作中的 CPU 電流為 250uA 時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能向整體系統(tǒng)功率預(yù)算添加的不足 25nA 。
除了功耗要最低之外，手持醫(yī)療機(jī)械還必須提供足夠好的性能與功能，能夠在不同的操作狀態(tài)下快速切換。系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)必須具備相應(yīng)的靈活性，以滿(mǎn)足以下彼此沖突的要求：
保證正確時(shí)基的穩(wěn)定性；
低功率可實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命；
實(shí)現(xiàn)高性能的速度；
快速響應(yīng)事件的靈活性。
我們首選的的方法是使用 32 kHz 的表面晶體作為輔助時(shí)鐘 (ACLK)，實(shí)現(xiàn)低功耗與穩(wěn)定性，并采用快速啟動(dòng)的高速片上數(shù)控振蕩器 (DCO) 作為系統(tǒng)的主時(shí)鐘 (MCLK)。ACLK 時(shí)鐘始終保持開(kāi)啟狀態(tài)，僅作為計(jì)時(shí)器的時(shí)鐘以發(fā)出實(shí)時(shí)中斷。高速M(fèi)CLK作為CPU與高速外設(shè)的時(shí)鐘，能夠?qū)崿F(xiàn)更強(qiáng)的處理功能和更快的事件響應(yīng)。DCO 是低 Q 值 RC類(lèi)振蕩器，延遲近于零，啟動(dòng)時(shí)間不到6us。
在 DCO 快速啟動(dòng)的同時(shí)，還可根據(jù)溫度與電壓變動(dòng)頻率。為了管理 DCO 時(shí)鐘并獲得穩(wěn)定的輸出，我們采用頻率鎖定環(huán) (FLL)。FLL是連續(xù)的頻率積分器，持久在后臺(tái)根據(jù)穩(wěn)定參考的分壓器 ACLK 調(diào)節(jié) DCO。分壓的 DCO 與 ACLK 相比較，以 10 比特的加減計(jì)數(shù)器增加或減少DCO，使分壓的 DCO 頻率與 ACLK 頻率相匹配。這是 DCO 與 ACLK 相乘的結(jié)果。
DCO/FLL 組合實(shí)現(xiàn)了事件驅(qū)動(dòng)的極低功耗激活特性，電流時(shí)間長(zhǎng)度較長(zhǎng)，最小化待機(jī)模式，又不降低性能。當(dāng)中斷要求從系統(tǒng)獲得服務(wù)時(shí)，正常情況下 DCO 在待機(jī)狀態(tài)下會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)�？焖夙憫�(yīng)的高速 DCP 時(shí)鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)盡快地為請(qǐng)求提供服務(wù)，而后再返回待機(jī)狀態(tài)。
始終開(kāi)啟的 ACLK 時(shí)鐘計(jì)時(shí)器提供了方便的嵌入式實(shí)時(shí)時(shí)鐘。計(jì)時(shí)器每秒鐘觸發(fā)一個(gè)中斷。由于 DCO 幾乎不需要啟動(dòng)時(shí)間，因此嵌入式實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能不需要任何成本就可作為簡(jiǎn)單的軟件功能實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)對(duì)整體性能造成影響。一個(gè)基本的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能要求不到 100 個(gè) CPU 周期。CPU 時(shí)鐘速度標(biāo)量為 1 MHz 時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能的工作時(shí)間為每秒 100us，或 0.0001%。工作中的 CPU 電流為 250uA 時(shí)，實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能向整體系統(tǒng)功率預(yù)算添加的不足 25nA 。
