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如何选择嵌入式处理器及其电源管理解决方案

美国国家半导体 Alan Hutton: EDN China?? 2008年06月18日 ?? 收藏0

  1. 进行选择:a.输入设计要求,也就是供电电压、供电电流和输出电压,如果目标值还没有确定,可以使用绝对最大额定值。b.可以选择由美国国家半导体公司推荐并经过实际验证的电源管理产品,它们可以与所选的嵌入式控制器很好地一起配合工作。或者选择其它推荐的产品。

  2. 进行设计:a.对元件进行调整,测试工作值,如功耗、电流、偏移和漂移电压以及频率响应。b.调换模拟和无源器件以比较它们的性能、尺寸和成本。

  3.进行分析:a.仿真电路,评估电磁干扰和散热性能。b.与以前创建的设计进行比较,以取得最优的性能。

  4. 进行创建:a.下载自动生成的CAD文件和测试指令。b.申请样品,并购买器件/演示板。

  5. 进行测试:执行板级测试,下载定制测试向量并根据虚拟结果验证实际电路板功能。

  对系统设计师来说,既定嵌入式控制器/处理器/FPGA进行仿真电源设计并根据显示圆点图来检查元件波形和元件值的变化,都是很重要的能力。虚拟仿真的另外一个好处是,所有仿真都有历史记录,因此很容易根据以前的仿真记录来精确调整设计。虽然目前许多控制器的功耗都很小,但设计师还是很乐意认识WEBENCH功能,因为这些功能有助于定义散热问题,并能在特定负载和环境条件下输出彩色的PCB图。

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  来自飞思卡尔公司的MCF5475微控制器采用的是ColdFire V4e CPU,该CPU具有一个增强型乘法累加单元(EMAC)、一个存储管理单元(MMU)和一个双精度浮点单元(FPU)。MCF5475的工作速度可以高达266MHz或410MIPS(Dhrystone 2.1)。它集成有快速以太网控制器(FEC)、USB、UART、USART、IRDA、I2C和DMA SPI,因此可以提供真正的片上通信功能。另外,它在硬件上支持各种互联网安全标准。该产品是一种高性价比的系统解决方案,可适合许多应用,如工业路由器、高端POS终端、楼宇自动化系统以及工艺控制设备。

  MCF5475对电源有三个要求,即对于高性能、低功率和内部内核逻辑单元提供1.5V,对于DDR SDRAM总线接口提供2.5V,对于其它所有I/O功能提供3.3V。对电源管理系统的上述需求,是确保MCF5475正常运行的关键。LM3671的开关频率很高(2MHz),意味着所选的外部电感可以很小,加上仅有的两个小电容,因此电路板面积非常小,总的系统成本也有所降低。在全负载范围内,LM3671可以提供高达90%的效率和350mA的电流,在待机和工作状态它都有很高的效率,并且瞬态上冲、下冲可以忽略不计。通过一个使能引脚可以在微控制器处于断电或睡眠模式时关闭LM3671,此时它只消耗1uA的电流。这个特性对典型的嵌入式控制器来说非常有吸引力,因为它们有很大部分时间处于待机或低功率模式,对电池供电的设备来说优势更加明显。LM3671还支持低噪声PWM和低电流PFM模式之间的智能开关特性,因此特别适合给电池供电设备中的超低压电路供电。

  LM3671还适合给使用单锂离子电池或3节镍氢、镍镉电池的超低压电路供电。由于它具有欠压锁止(UVLO)、过流和过温保护等功能,因此LM3671是给下列应用中的高性能处理器和嵌入式控制器供电的理想电源器件,这些应用包括条码扫描仪、POS终端、消费类电子、便携式医疗仪器、WLAN设备和便携式GPS系统等。

  恩智浦半导体公司的LPC2468是围绕着一个16位/32位ARM7TDMI-S CPU内核设计的,该器件的工作速度可达72Mhz或64 Dhrystone MIPS。LPC2468内置512kB的片上高速闪存,可以执行32位ARM和16位Thumb指令,因此允许数字设计工程师在子例程级优化程序的性能或代码尺寸。LPC2468支持许多功率控制性能,包括空闲、睡眠和断电模式。CPU时钟可以通过重新配置PLL值和(或)改变CPU时钟分频值进行控制,可以根据应用要求权衡功率和处理速度的关系。另外,片上外设功率控制功能允许关闭到单个片上外设的时钟,通过消除程序暂时不用的所有外设的全部动态功耗可以精确优化器件的功耗。

  LPC2468具有两个独立的电源域,大部分电路断电时仍可以同时保持实时时钟(RTC)和电池RAM的正常工作。I/O通过3.3V的Vdd引脚供电,Vdd(DCDC)引脚则给片上的DC/DC转换器供电,然后再由转换器给CPU内核及外设供电。由于需要考虑功耗,因此将Vdd和Vdd(DCDC)连接在一起是没有意义的。虽然这种方法只要求一个3.3V的电源,但这种方法存在固有的缺陷:无法在CPU和外设工作时“随时”单独关闭I/O电源。最佳的选择是使用两个电源,一个3.3V供给I/O(Vdd),另一个3.3V专门给CPU(Vdd DCDC)。


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