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LP3925 应用指南

作者:TI德州仪器 2013-07-16 来源: 评论:0条浏览:1130

摘要023cd0【中国自动化网社区】4ac4b2【http://sns.ca800.com】49
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本文首先对PMU 进行了简单的介绍，有助于读者理解PMU 的基本功能和选择方法。其次主要讲述LP3925数据手册中的一些不易理解的部分，比如多功能输入输出口的设置等，有助于读者更好地理解LP3925 的灵活性和可配置性，加深对LP3925 的理解。另外介绍了LP3925 在实际使用中的一些注意事项以及一些常见问题的解决方法，可以帮忙读者在设计初期注意规避实际使用中的一些可能会遇到的问题，缩短调试的时间。db37c5b【中国自动化网社区】cfba44【http://sns.ca800.com】8ec6a
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认识电源管理单元 (下面简称PMU)66a8【中国自动化网社区】ae6797【http://sns.ca800.com】0658
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什么是PMU66a4【中国自动化网社区】1598b9【http://sns.ca800.com】9661
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PMU 是一个芯片，一般集成了电子系统需求的若干电源供应，从而简化系统的电源设计，同时可以满足系统小型化的需求；66a4【中国自动化网社区】1598b9【http://sns.ca800.com】9661
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PMU 可以说是随着电子系统的电源需求复杂性和小型化需求一起发展起来的，今天PMU 的范围不仅涵盖了集成若干DC/DC 和LDO 的小型电源系统，也涵盖了集成很多其他功能(比如充电器，模数转换器，比较器，实时时钟RTC 等)的比较完全的电源管理系统。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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PMU 选择的基本考虑d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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对于PMU，最基本的功能是给电子系统供电，所以首先看的是供电能力和时序，比如DC/DC，LDO 的数量以及电流的驱动能力，默认输出电压设置和上下电时序等能否满足系统的要求。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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其次看其他系统需要的辅助功能，比如需不需要电池充电管理，ADC，RTC，比较器等。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
当然PMU 也不是越复杂，功能越全越好，考虑到系统布线，散热，调试时间等多种因素，最满足系统需求的PMU 才是最合适的。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925介绍d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 简介d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 是非常灵活的可以调整电源电压和时序的全功能的PMU，可以给TD-SCDMA 手机系统或者其他应用处理器平台供电。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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3925 集成了3 路高性能的800mA 输出电流的Buck 降压变换器，4MHz 的工作频率可以支持小尺寸的1uH 的电感应用。其中两个Buck 可以支持DVS(动态电压调整)的功能。开机和关机时序可以根据需要在生产时调整(具体调整范围可以参考datasheet Page24， additional configuration options) 。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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集成了15 路LDO，其中10 路通用的低噪声LDO，3 路WILO(宽输入低输出wide input low output)LDO，1 个USB LDO 和一个低输出电流的LDO；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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集成了具有1.2A 的路径管理（power route）功能的线性充电管理单元，支持28V OVP；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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集成了具有2 个闹钟的RTC 模块，2 个比较器和2 个TCXO 缓冲器，12bit 的ADC，备用电池充电管理等；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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可以支持无电池开机。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 datasheet 中几个重点:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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Buck/LDO 等功能模块的使能控制(datasheet 13 和25 页):d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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对于每一个功能模块，都有相对的4 位寄存器值来控制它的使能，这些对应的寄存器可以在datasheet第13 页找到。知道了寄存器地址，再去看如何设置这些寄存器的值。Datasheet 第25 页的表格包含了详细的使能信号控制模式，可以把第25 页的表格理解成一个查找表，需要什么控制方式，在表中查找对应的寄存器值。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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首先每一个功能模块对应的寄存器位可以在第13 页可以找到，寄存器地址从0x37 到0x41。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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表 1: 电源使能控制方式选择寄存器( datasheet 13 页)d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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其次，对应的寄存器的4 位值控制了对应模块的使能方式，对于具体的值的定义可以在25 页的表中出查到。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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表2:寄存器0x37-0x41 控制信号查找表( datasheet 25 页)d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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下面以LDO1 为例，介绍各个模块的控制方式: 在第13 页可以看到LDO1 的控制方式对应寄存器0x37的低4 位，这4 位的值从0H 到FH，LDO1 有不同的控制方式:比如0H 表示LDO1 是一直关闭的；2H表示LDO1 的使能关闭取决于寄存器0x00 的bit0 的值，如果寄存器0x00 bit0 是0b，LDO1 是关闭的，如果寄存器0x00 bit0 是1b，则LDO1 是使能的；8H 表示LDO1 的使能取决于Enable1 的电平；9H 表示LDO1 的使能取决于Enable2 的电平；Enable 的来源见下面的多功能引脚介绍。以此类推，可以得出其他功能模块的控制方式。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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多功能引脚:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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Datasheet 第26 页的表格包含了多功能引脚的详细定义，对于每一个多功能引脚，都有相对应的4位寄存器值来控制它的实际功能。同样可以把第26 页的表格理解成一个查找表。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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首先每一个多功能引脚的功能定义对应的寄存器位可以在第13 页找到，寄存器地址从0x19 到0x23。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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其次，对应的寄存器的4 位值控制了对应多功能引脚的实际功能，可以在第26 页里面找到寄存器值和功能的对应关系。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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下面以OSC_32KHz 为例，介绍各个多功能引脚的实际功能。在第13 页可以看到OSC_32KHz 的功能控制对应寄存器0x19 的低4 位，这4 位的值从0h 到Fh，OSC_32KHz 有不同的功能:比如0h 表示OSC_32KHz 是高阻态；1h 表示OSC_32KHz 是与PWR_ON 引脚电平信号相反的数字输出引脚；2h 是比较器1 的输出引脚；4h 是Enable1 信号；5h 是Buck1 的DVS 控制信号，7h 是ADC1的输入引脚；8h-Fh 是32KHz 的时钟输出引脚。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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表3: 0x19-0x23 多功能引脚功能控制寄存器( datasheet 13 页)d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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表 4: 寄存器 0x19-0x23 多功能引脚功能查找表( datasheet 26 页)d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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充电管理恒流到恒压模式的转换d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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在通常的描述里面，通常描述恒流到恒压的的转换电压是电池的充电截止电压，但是在实际的芯片设计中，充电电压的检测点经常不是放在电池的引脚上，这样充电过程中，由于充电器内阻的关系，检测点的电压和电池引脚上的电压会有一些差异，这就造成了在实际测试时，电池引脚上的电压还没有到充电截止电压时，充电器就已经由恒流转换到恒压模式了。下面这张图是把datasheet 32 页的图优化了一下，可以更好的帮助理解d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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图1：充电管理电压-电流曲线d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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电流宿(current sink)的设置:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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在LP3925 里面，集成了3 个电流宿。Sink1 最大可吸收250mA 电流，Sink2/3 最大可以吸收100mA 电流。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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电流宿的平均电流可以通过寄存器0x22 bit7:4，0x23，0x42 bit5:3 和0x52-0x54 来设置。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
使用电流宿的首先要设置电流宿的最大电流，这在寄存器0x22 bit7:4，0x23 可以设置，每个电流宿用4 位 0H 到FH 来设置，具体的对应电流可以在datasheet 第27 页可以查到。比如0x22 bit7:4 如果为FH，表示设置电流宿1 的最大可以吸收电流是250mA；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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其次就是设置电流宿的PWM 占空比。LP3925 里面和通常用的电流宿不一样的地方在于LP3925 不是通过直接设置PWM 的占空比来控制电流的，可以通过一些换算来得到平均占空比。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
首先时间被分为9 个大周期，而每一个大周期又包含了7 个小周期。可以理解为时间被分成了63 个时隙，设置PWM code 的时候，就是往这63 个时隙里面填；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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寄存器0x52 到0x54 bit5:0 分别设置电流宿1/2/3。寄存器值0 到63 刚好对应63 个时隙。当寄存器为0 时，电流宿关闭，当寄存器为63 的时候，电流宿全部打开。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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具体填时隙的方式如下图:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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图 2：电流宿占空比设置d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925应用注意事项:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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Layout 注意事项：d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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详细的layout 注意事项可以参考datasheet，下面是一些设计要点:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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对于buck:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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到负载的电流，从输出电容的上过；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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输入输出电容的地和buck 的GND 引脚需要有很好的地的连接。这三个中输入电容的地和buck 的地引脚更重要，需要保证最小的回流路径；同时通过尽量多的过孔连接到主地；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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当同一个buck 的输入输出电容的地以及buck 的地非常靠近的时候，可以采用星型连接下主地；但是当他们不是很靠近的时候，首先要保证尽量快的连接到主地；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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输入电容需要靠近VINB 引脚，输出电容需要靠近电感；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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SW 连线需要尽量粗也尽量短；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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Buck 的反馈线需要从输出电容上拉回到芯片，不能从电感上拉回；另外，反馈线需要尽量远离SW线；当不能远离的时候，和SW 线尽量走成交叉线。反馈线最好能够有地线或者地平面做保护；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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不同的buck 的电容地和buck 地，尽量使用不用的过孔连接到主地，特别是输出电容的地，防止buck 之间相互干扰；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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对于LDO:d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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相对于buck 的电容电感，LDO 的输入输出电容没有那么要求苛刻；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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对于LDO 来说，在条件允许的情况下，输入输出电容尽量靠近输入输出引脚，并且以输入电容优先；d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 的通用LDO 加入了创新技术，可以支持输出远端电容（remote cap）的应用。当负载距离d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
LDO 输出10cm 以内，并且负载端已经接了1uF 以上的电容的时候，通常靠近LDO 输出引脚的输出电容可以省略。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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各个功能模块应用注意点d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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Buck 降压转换器d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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通常来说,buck 是比较容易被干扰和产生干扰的部分，一是因为其内部有很多小信号，二是因为他本身有4MHz 的开关，容易产生干扰。为了降低干扰，首先layout 需要特别注意，layout 的注意事项可以参考上节。其次，在设计上建议增加抗干扰的方案，在Buck 的输出到负载之间，加磁珠是降低干扰的很有效的方法。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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图3：Buck 输出结构图d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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电流宿(current sink)d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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一般来说，电流宿可以用来驱动键盘的背光LED，LCD 的背光LED 或者振动马达。但是需要注意的是，电流宿不能驱动比较大的感性负载(比如测试用的绕线电阻)。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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实时时钟（RTC）供电d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 的RTC 部分通过VCOIN 引脚供电，当使用的备份电池过放的时候，即使系统加入主电池，VCOIN引脚电压仍然可能会低于RTC 正常的最低工作电压（1.9V）。当PMU 开机的时候，如果VCOIN 引脚的电压低于1.9V，LP3925 会锁定实时时钟和IIC 直接的通信接口，造成系统不能和实时时钟部分通信。为了解决这个问题，可以在备份电池和VCOIN 引脚之间加一个约47Kohm 的电阻，通过50uA 的备份电池充电电流把VCOIN 引脚的电压保持在2V 以上，保证系统在任何备份电池的电压下，RTC 部分都能够正常工作。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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图4：备份电池连接电路d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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充电管理（charger）模块d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 的充电管理模块支持电流路径管理的应用，也就是说在外部充电器（交流适配器或者USB 输入）的输出负载能力足够的时候，充电管理首先会满足系统对电流的需求，其次再满足电池的充电需求。这个功能的好处是可以减少电池的频繁充放电，而且可以尽量满足电池的充电电流稳定。另外，电流路径管理还支持把VDD 和VBATT 支路分开，这样当电池过放电时，系统仍然可以在低电池电压下开机。为了满足电池的充电电流尽量稳定，建议外部充电器的输出能力比需要的电池恒流充电电流大，最好大300mA 以上。在LP3925 的寄存器里面，IDCIN 设置的电流也应该比IBATT 设置的电流大300mA 以上。当外部充电器的电流输出负载能力比较低（比如500mA）而同时又需要电池恒流充电电流比较高，没有办法保证300mA 电流差值的情况下，需要仔细地优化IDCIN 和IBATT 的参数设置。调试时，可以先将目标IDCIN 设置到外部充电器的额定电流，同时IBATT 比IDCIN 小一个等级50mA，然后同时逐级降低IDCIN 和IBATT 电流，直到找到使得系统充电能够稳定工作的目标IDCIN 和IBATT 值。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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结论：d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 是一个功能完全，配置灵活的PMU，可以满足多种手机平台的电源需求。配合合适的软件，硬件设计，可以大大减小产品的研发时间，实现快速的上市需求。另外LP3925 已经在联芯科技的LC1808 等多个TD-SCDMA 手机平台上量产，是一个成熟的电源管理单元。d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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参考文献：d9【中国自动化网社区】e77c13【http://sns.ca800.com】43e54
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LP3925 datasheet Rev. 2.13

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