第3章多核嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

第3章多核嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共46頁(yè)。目錄3.1嵌入式系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)3.2Exynos4412開(kāi)發(fā)板介紹3.3OMAP4460開(kāi)發(fā)平臺(tái)3.4電源管理第二頁(yè)，共46頁(yè)。3.1嵌入式系統(tǒng)

硬件結(jié)構(gòu)第三頁(yè)，共46頁(yè)。硬件系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)就是可以嵌入到其他系統(tǒng)中的微處理器應(yīng)用系統(tǒng)。在構(gòu)成上，嵌入式系統(tǒng)以微處理器及軟件為核心部件，這兩者缺一不可。其中以微處理器為核心的硬件系統(tǒng)，又是軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒(méi)有硬件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)也變成了空中樓閣，毫無(wú)意義。不同用途的嵌入式控制系統(tǒng)，對(duì)嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求也不一樣。例如在嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，除了采用ARM等通用嵌入式微處理器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、通信以及系統(tǒng)管理等功能之外，通常還需外加用于電動(dòng)機(jī)控制的變頻調(diào)制控制器、相應(yīng)的傳感器接口，以及轉(zhuǎn)速、位置、狀態(tài)檢測(cè)與顯示接口的功能電路等。第四頁(yè)，共46頁(yè)。微處理器模塊通信接口多媒體接口存儲(chǔ)器模塊電源管理模塊GPIO接口LCD觸摸屏HDMI音頻接口DVI-D攝像頭以太網(wǎng)模塊WIFI模塊USB接口RS232接口其它通信接口：SPI、IIS、IIC、CAN、RS485等LED按鍵輸入通用GPIOJTAGADC/DAC其它SD/TFSRAMDRAMSRAMDRAMFlashEEPROM藍(lán)牙接口MEMS第五頁(yè)，共46頁(yè)。

NookTabletKindleFireBlackBerryPlaybookiPad2Wi-FiMotoXoomGalaxyTabP1000處理器1GHz雙核心處理器雙核處理器1GHz的TIOMAP4430雙核處理器1GHz的蘋(píng)果A5雙核處理器NVIDIA的TegraT2的雙核ARMCortex-A9的CPU和超低功耗GeForceGPU（圖形處理器）1GHz的ARMCortex-A8的蜂鳥(niǎo)多媒體應(yīng)用處理器圖像處理器FocalTechFT5406EE8電容式觸摸屏控制器7'Multi-Touch顯示屏基于IPS技術(shù)7'電容式觸摸屏多點(diǎn)觸控支持9.7'LED背光鏡面與IPS技術(shù)的Multi-Touch顯示屏（1024×768）NVIDIA的TegraT2的雙核ARMCortex-A9的CPU和超低功耗GeForceGPU（圖形處理

RAM內(nèi)存1GB的RAM512MB的RAM1GBRAM512MB6767的LPDDR2RAM三星K4P4G154ECDRAM512MB總DDR內(nèi)存第六頁(yè)，共46頁(yè)。

NookTabletKindleFireBlackBerryPlaybookiPad2Wi-FiMotoXoomGalaxyTabP1000Flash存儲(chǔ)SanDisk的SDIN5C1-16G16GB閃存三星KLM8G2FEJA8GB閃存SanDisk的SDIN5C2-16G16GB的NAND閃存東芝TH58NVG7D2FLA8916GBNAND閃存愛(ài)特梅爾TINY454KB的8位RISC為基礎(chǔ)的微控制器在系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存SanDisk的SDIN4C2-16G（16GB的MLCNAND閃存）電源管理TI6030B107完全集成的電源管理ICTI603B107完全集成的電源管理IC與開(kāi)關(guān)模式充電器TITWL6030電源管理S6T2MLCN33C50V電源管理IC高通PM8028射頻電源管理IC馬克西姆8998電源音頻處理TI低功耗音頻編解碼器AIC3100和1.3W立體聲D類揚(yáng)聲器放大器TIAIC311001低功耗音頻編解碼器1.3W立體聲D類揚(yáng)聲器放大器歐勝WM8994E音頻編解碼器蘋(píng)果品牌338S0940A0BZ1101SGP

兩個(gè)揚(yáng)聲器底座連接器為GalaxyTab板提供音頻第七頁(yè)，共46頁(yè)。

NookTabletKindleFireBlackBerryPlaybookiPad2MotoXoomGalaxyTabP1000RF收發(fā)TILVDS83BFlatLink10-135MHz發(fā)送器TILVDS83BFlatLink10-135MHz發(fā)送器TISN74AVCH4T245可配置電壓轉(zhuǎn)換和三態(tài)輸出的4位雙電源總線收發(fā)器

博通的BCM4329（藍(lán)牙/FM/無(wú)線接收器）Wi-Fi/BT支持802.11b/g/nWi-Fi連接支持802.11b/g/nWi-Fi連接PlayBook缺乏移動(dòng)寬帶的支持

GPS

TIWL1283GPS/WLAN/藍(lán)牙/FM

BCM4329802.11n(博通)標(biāo)準(zhǔn)的Wi-Fi，藍(lán)牙2.1和FM調(diào)諧器BroadcomBCM4751（GPS接收機(jī)）MEMSKionix公司KXTF9三軸加速度

InvenSense的MPU-30503軸陀螺儀

Kionix公司KXTF9MEMS運(yùn)動(dòng)傳感加速度L3G4200D意法半導(dǎo)體（陀螺儀）第八頁(yè)，共46頁(yè)。3.2Exynos4412開(kāi)發(fā)板

介紹第九頁(yè)，共46頁(yè)。3.2.1Exynos4412處理器介紹

2011年2月，三星電子正式將自家基于ARM構(gòu)架處理器品牌命名為Exynos。Exynos由兩個(gè)希臘語(yǔ)單詞組合而來(lái)：Exypnos和Prasinos，分別代表“智能”與“環(huán)?！敝?。Exynos系列處理器主要應(yīng)用在智能手機(jī)和平板電腦等移動(dòng)終端上。2011年推出的Exynos4210是Exynos系列的第一款產(chǎn)品，它之前被人熟知的名字是Orion（獵戶座）。Exynos4210采用45nm制程，擁有兩枚主頻為1.2GHz的Cortex-A9通用處理核心，擁有32/32KBI/DCache,1MBL2Cache，并且集成ARMMali400MP圖形處理核心。在視頻方面，Exynos4210支持單路WXGA和雙路WSVGA視頻輸出，支持HDMIv1.3a高清標(biāo)準(zhǔn)，可以拍攝1080p、30fps標(biāo)準(zhǔn)高清視頻；Exynos4210提供了6.4GB/s的內(nèi)存帶寬，支持LPDDR2/DDR2/DDR3內(nèi)存。代表產(chǎn)品有三星

GalaxyTab7.7、GalaxySII（i9100）、GalaxyNote，魅族MX等。第十頁(yè)，共46頁(yè)。Exynos4412

2012年初，三星正式推出了自家的首款四核移動(dòng)處理器Exynos4412。這款新ExynosA9四核處理器，擁有32nmHKMG（高K金屬柵極技術(shù)）制程，支持雙通道LPDDR21066。新的32nmHKMG技術(shù)可以幫助降低功耗，按照官方的說(shuō)法，和其前代比會(huì)減低20%的功耗。

三星Exynos4412四核處理器仍然集成Mali-400MP圖形處理器，但三星公司已將這顆圖形處理器主頻由此前的266MHz提升至400MHz，比現(xiàn)有的雙核機(jī)型整體性能提升60%，圖像處理提升

50%。2012年5月，首款采用Exynos4412處理器的智能手機(jī)三星GalaxySIII正式上市。第十一頁(yè)，共46頁(yè)。Exynos4412的主要特性為

QuadCore、WXGAresolution、1080pHDTVdisplaythroughoutHDMI、I2Ssupports、USBHost&Device2;.0、HSICinterface、LPDDR2PackageonPackage、Chip2Chip等；內(nèi)建32/32KB數(shù)據(jù)/指令一級(jí)緩存，1MB的二級(jí)緩存；GPU采用的是Mali400MP四核心圖形處理器，支持2D/3D圖形加速；內(nèi)建HDMI1.4（3Dfeature）兼容HDCP1.1和DVI1.0；內(nèi)部的MFC支持MPEG-2/4、H.263、H.264等的編解碼和VC1的解碼。第十二頁(yè)，共46頁(yè)。

硬件編解碼器實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議和數(shù)字電視。該芯片采用了最新的32nmHKMG的先進(jìn)工藝制程。相比于之前的45nm工藝，功耗方面有了明顯的降低，即使是四核，同等測(cè)試下的功耗比雙核的4210低了40%。四核處理器在達(dá)到雙核兩倍性能的同時(shí)，功耗卻只有雙核的八成，續(xù)航和發(fā)熱都可能會(huì)大大改善。目前三星最新的N7100GALAXYNote2和GALAXYSIII系列手機(jī)采用的就是此款芯片，表現(xiàn)相當(dāng)出色。Exynos4412處理器采用0.4mmpitch值的12x12平方毫米FCMSP封裝，降低PCB加工工藝要求。第十三頁(yè)，共46頁(yè)。3.2.2Exynos4412開(kāi)發(fā)板

1.Tiny4412開(kāi)發(fā)板Tiny4412是一款高性能的四核Cortex-A9核心板，由廣州友善之臂設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和發(fā)行銷(xiāo)售。它采用三星Exynos4412作為主處理器，運(yùn)行主頻可高達(dá)1.5GHz，Exynos4412內(nèi)部集成了Mali-400MP高性能圖形引擎，支持3D圖形流暢運(yùn)行，并可播放1080P大尺寸高清視頻。三星旗艦智能手機(jī)GalaxyS3即是采用此CPU設(shè)計(jì)。第十四頁(yè)，共46頁(yè)。Tiny4412核心板采用了2.0mm間距的雙排針(P1,P2,P3,P4)，尺寸為74x55mm，總共引出208Pin引腳。其中P1和P2排針為標(biāo)配焊接，它們已經(jīng)包含了大部分常用的功能；P3和P4空焊，方便用戶擴(kuò)展開(kāi)發(fā)使用。Tiny4412實(shí)現(xiàn)了主控芯片難度最高的核心部分，因此非常適合企業(yè)用戶進(jìn)行快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)或項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，核心板標(biāo)配1GBDDR2內(nèi)存和4GB高性能eMMC閃存(另可選配8/16/32GB等容量)。

第十五頁(yè)，共46頁(yè)。Tiny4412SDK是相應(yīng)的參考設(shè)計(jì)底板，它帶有各種常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)接口，比如HDMI輸出，USBHost,SD卡，DB9串口，RJ-45以太網(wǎng)口，音頻輸入輸出口等，還有一些在板資源測(cè)試器件如EEPROM，蜂鳴器，按鍵，GPIO口，SDIO口等等，以便用戶全面的評(píng)估和使用核心板。因?yàn)镋xynos4412定位主要是面向高端手持移動(dòng)設(shè)備，為了做到低功耗，大部分IO口采用的是1.8V電壓，這就導(dǎo)致無(wú)法適用于一些常見(jiàn)的傳統(tǒng)IO模塊，因此我們?cè)诘装迳蠈?duì)幾乎所有IO都做了電平轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)為3.3V)，以便于老用戶依然能夠兼容使用，這可以大大節(jié)省產(chǎn)品項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的時(shí)間。第十六頁(yè)，共46頁(yè)。2.UT-Exynos4412開(kāi)發(fā)板

UT-Exynos4412開(kāi)發(fā)板（友堅(jiān)恒天）是一款功能極為強(qiáng)大的高端ARMCoretex-A9開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用Samsung最新的Exynos4412（Exynos4412Quad），主頻達(dá)到1.4~1.6GHz。UT-Exynos4412開(kāi)發(fā)板本著完全展現(xiàn)Exynos4412芯片功能，結(jié)合客戶反饋與廣泛調(diào)研，設(shè)計(jì)而成，其功能全面、接口豐富，完美展現(xiàn)了SamsungExynos4412芯片的強(qiáng)大，主要面向企業(yè)用戶進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)Exynos4412芯片的性能評(píng)估、設(shè)計(jì)參考使用。其豐富的外設(shè)接口及強(qiáng)大的性能，也成為高校、科研機(jī)構(gòu)等單位的最佳科研設(shè)備；可為無(wú)線通訊、個(gè)人導(dǎo)航、攝像、移動(dòng)游戲音樂(lè)視頻、PDA、醫(yī)療器械、車(chē)載、廣告機(jī)、手機(jī)等提供前期測(cè)試平臺(tái)，無(wú)論從功能、性價(jià)比、調(diào)試飛線等方面，都可方便進(jìn)行，大大縮短公司產(chǎn)品的研發(fā)周期。第十七頁(yè)，共46頁(yè)。3.iTOP-4412開(kāi)發(fā)板

iTOP-4412開(kāi)發(fā)板是迅為電子開(kāi)發(fā)板的一款高端平臺(tái)，北京迅為電子有限公司是國(guó)內(nèi)最專業(yè)的行業(yè)MID研發(fā)方案公司，公司基于Android平板電腦定制研發(fā)，公司投入專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行行業(yè)平板研發(fā)工作，目前已成功應(yīng)用與電力系統(tǒng)、物流、車(chē)載導(dǎo)航、醫(yī)療等行業(yè)。第十八頁(yè)，共46頁(yè)。3.3OMAP4460開(kāi)發(fā)平臺(tái)第十九頁(yè)，共46頁(yè)。3.3.1OMAP4460雙核處理器介紹OMAP4460雙核處理器在OMAP4430雙核的基礎(chǔ)之上提升了CPU和GPU的主頻，CPU提升到1.5GHZ，GPU提升到400MHZ,其他方面則基本一致，都擁有雙通道LPDDR2內(nèi)存控制器。OMAP4460的代表產(chǎn)品有摩托羅拉

DroidRAZR，GALAXYNexus，華為

AscendD1華為

AscendP1夏普Aquos104SH，智器T20等。第二十頁(yè)，共46頁(yè)。相比上一款類似架構(gòu)1GHz雙核的OMAP4430，OMAP4460將Cortex-A9雙核心的頻率提升至1.5GHz，同時(shí)還集成了兩個(gè)Cortex-M3核心用于在更高的能效下處理高時(shí)效性應(yīng)用以及任務(wù)管理工作，也包括PowerVRSGX540圖形核心。在這樣的強(qiáng)悍配置下，其圖形性能有了25%的提升，網(wǎng)頁(yè)載入時(shí)間可減少30%，1080p視頻播放性能提升一倍。OMAP4460支持HDMI1.4接口3D高清視頻輸出，支持1080p60FPS高清解碼，支持最高1200萬(wàn)像素雙攝像頭，集成IVA3硬件加速視頻解碼器。第二十一頁(yè)，共46頁(yè)。OMAP4主要優(yōu)勢(shì):專為驅(qū)動(dòng)智能電話、書(shū)寫(xiě)板和其它具有豐富多媒體功能的移動(dòng)設(shè)備而設(shè)計(jì)IVA3硬件加速器，能夠?qū)崿F(xiàn)全高清

1080p、多標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼/解碼更快、更高品質(zhì)的圖像和視頻捕捉功能，具有高達(dá)

2000萬(wàn)像素的仿單反

(SLR-like)成像能力。具有對(duì)稱多處理

(SMP)功能的雙核

ARMCortex-A9MPCore集成的

POWERVRSGX540圖形加速器，可驅(qū)動(dòng)

3D游戲和

3D用戶界面高度優(yōu)化的移動(dòng)應(yīng)用平臺(tái)OMAP4430工作頻率高達(dá)

1GHzOMAP4460工作頻率高達(dá)

1.5GHz第二十二頁(yè)，共46頁(yè)。OMAP4460支持的功能：復(fù)合

TV輸出；HDMI輸出可驅(qū)動(dòng)

HD顯示屏；色彩豐富的大型顯示屏支持高達(dá)

WUXGA(1920x1200)；

MIPI串行攝像機(jī)和串行顯示接口；MIPISLIMbusSM；MMC/SD；USB2.0高速

On-the-Go(OTG)；完整軟件套件支持所有主要移動(dòng)操作系統(tǒng)，它經(jīng)過(guò)完全集成和現(xiàn)實(shí)使用情況測(cè)試，旨在減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本；OMAP開(kāi)發(fā)者網(wǎng)絡(luò)提供程序和媒體組件，供制造商開(kāi)發(fā)能夠快速推向市場(chǎng)的獨(dú)特產(chǎn)品。第二十三頁(yè)，共46頁(yè)。3.3.2OMAP4460

開(kāi)發(fā)板介紹第二十四頁(yè)，共46頁(yè)。OMAP4460是雙核ARMCortexA9開(kāi)發(fā)平臺(tái)，其采用OMAP4460作為核心處理器。本書(shū)所介紹的OMAP4460開(kāi)發(fā)板，主要參考了PandaBoard開(kāi)源硬件項(xiàng)目的資料，同時(shí)也參考了三星原廠提供的Cortex-A8/A9開(kāi)發(fā)板資料，以及國(guó)內(nèi)部分廠家提供的Cortex-A8/A9開(kāi)發(fā)板資料。PandaBoard是美國(guó)TI(TI)公司資助下的一個(gè)開(kāi)源硬件項(xiàng)目。其核心采用了OMAP4SoC移動(dòng)處理器平臺(tái)，目的是為開(kāi)源社區(qū)建立一個(gè)移動(dòng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)；采用了硬件開(kāi)源模式，所有原理圖、PCB圖、BOM清單以及相關(guān)軟件資源也完全對(duì)用戶開(kāi)放；延續(xù)了超低成本、高性能和低功耗的特點(diǎn)。第二十五頁(yè)，共46頁(yè)。3.3.3OMAP4460開(kāi)發(fā)板結(jié)構(gòu)面是OMAP4460開(kāi)發(fā)板的主要組成部分：OMAP4460處理器；TWL6030電源管理配套設(shè)備；TWL6040音響配套設(shè)備；POP移動(dòng)LPDDR2SDRAM內(nèi)存；HDMI接口（A型）-OMAP4430HDMI發(fā)送器輸出；HDMI接口（A型）-通過(guò)OMAP4并行顯示輸出源的DVI-D輸出；音頻輸入和輸出連接器（3.5毫米）；SD/SDIO/MMC多媒體卡籠；UART通過(guò)RS-232接口，通過(guò)9針D-Sub連接器；LS單元

-802.11b/g/n，藍(lán)牙，F(xiàn)M。第二十六頁(yè)，共46頁(yè)。2.系統(tǒng)時(shí)鐘分配OMAP4460開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)38.4MHz1.8VCMOS方波振蕩器，直接驅(qū)動(dòng)FREF_SLICER_IN的輸入（球型AG8）的OMAP4430處理器和TWL6040音響IC的MCLK輸入。這個(gè)時(shí)鐘是用來(lái)作為一個(gè)輸入到PLL的OMAP4430處理器內(nèi)，以便它可以生成所有的系統(tǒng)運(yùn)行所需的內(nèi)部時(shí)鐘頻率。第二十七頁(yè)，共46頁(yè)。2.5

JTAG接口設(shè)計(jì)

聯(lián)合測(cè)試行動(dòng)小組（JointTestActionGroup，JTAG）是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試協(xié)議，是1985年制定的檢測(cè)PCB和IC芯片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1990年被修改后成為IEEE的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1149.1-1990?，F(xiàn)在大多數(shù)的高級(jí)器件都支持JTAG協(xié)議，如C51、AVR、ARM、DSP、FPGA、CPLD器件等，通過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可對(duì)具有JTAG接口的芯片的硬件電路進(jìn)行邊界掃描和故障檢測(cè)。第二十八頁(yè)，共46頁(yè)。1VrefInput接口電平參考電壓，通常直接接電源2VsupplyInput供電電源3nTRSTOutput（可選項(xiàng)）JTAG復(fù)位。5TDIOutput測(cè)試數(shù)據(jù)輸入7TMSOutput模式選擇（TestModeSelect9TCKOutput測(cè)試時(shí)鐘輸出11RTCKInput（可選項(xiàng)）ReturnTestClock。由目標(biāo)端反饋給Dragon-ICE的時(shí)鐘信號(hào)，用來(lái)同步TCK信號(hào)的產(chǎn)生。13TDOInput測(cè)試數(shù)據(jù)輸入15nSRSTInput/Output（可選項(xiàng)）SystemReset，與目標(biāo)板上的系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)相連。第二十九頁(yè)，共46頁(yè)。3.4電源管理第三十頁(yè)，共46頁(yè)。3.4.1電源管理1.電源IC分類

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,尤其是目前便攜式產(chǎn)品流行和節(jié)能環(huán)保的提倡,電源IC發(fā)揮的作用越來(lái)越大。幾年前,電源IC還僅僅是集成穩(wěn)壓器件和DC/DC轉(zhuǎn)換器,但現(xiàn)在電源IC涵蓋很多內(nèi)容，如表3-7所示,包括DC/DC、LDO（低壓差線形穩(wěn)壓器）、電池充放電管理、PWM控制器、Reset、PFC（功率因數(shù)校正）、節(jié)能控制、功率MOSEFT等等。第三十一頁(yè)，共46頁(yè)。表3-7電源IC分類分類工作原理作用特點(diǎn)設(shè)計(jì)難度LDO穩(wěn)壓最基本的電源IC低輸入/輸出電壓，低消耗功率簡(jiǎn)單DC/DC電壓變換常用電源IC簡(jiǎn)單PWM脈寬調(diào)制用于手持和高級(jí)處理器產(chǎn)品提供電壓變換所需大電流復(fù)雜電池管理模擬技術(shù)為主，與數(shù)字技術(shù)結(jié)合用于新型電池充放電，電量檢測(cè)，保護(hù)等多功能整合適中功率MOSFET功率場(chǎng)效應(yīng)管用于大功率輸出輸出大電流，低導(dǎo)通內(nèi)阻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制程復(fù)雜第三十二頁(yè)，共46頁(yè)。2.電源IC在整個(gè)IC中的角色目前我們最常提到的是電子產(chǎn)品的數(shù)字化,比如一臺(tái)電腦主板,最主要的是CPU,其次是邏輯存儲(chǔ)器,這些都是數(shù)字化器件,但對(duì)自然環(huán)境的檢視,如對(duì)聲音信號(hào)、對(duì)影像信號(hào)的拾取,就要依靠模擬器件。將信號(hào)輸出給人類感知,同樣離不開(kāi)模擬技術(shù),比如將聲音放大輸出,圖像顯示等。就是目前最先進(jìn)的LCD顯示,雖然是用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn),但為了達(dá)到更佳顯示效果改用LED背光,對(duì)LED背光的控制實(shí)際又回到模擬方式。另外對(duì)交流電源的轉(zhuǎn)換利用,對(duì)電池的電壓變換和充放電也是模擬技術(shù)應(yīng)用的重要方面。目前IC制造已經(jīng)進(jìn)人65納米時(shí)代,邏輯IC普遍落后一個(gè)世代,不同數(shù)字器件有不同的制程,所以需要不同的供電電壓,因此更需要電源管理這一模擬技術(shù)。所以說(shuō)隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,模擬技術(shù)分布于數(shù)字技術(shù)周邊,與數(shù)字技術(shù)密不可分。第三十三頁(yè)，共46頁(yè)。3.電源IC的應(yīng)用發(fā)展與挑戰(zhàn)電子技術(shù)的快速發(fā)展表現(xiàn)在小型化、節(jié)能環(huán)保、功能強(qiáng)大、價(jià)格下降等方面,對(duì)電源管理提出新的挑戰(zhàn),具體有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

（1）大電流/低輸出電壓的應(yīng)用

由于數(shù)字芯片的時(shí)鐘越來(lái)越快,意味著驅(qū)動(dòng)電流越來(lái)越大,以前只需要線形穩(wěn)壓,現(xiàn)在就需要開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓,以前僅需要一相電源,現(xiàn)在就需要兩相或多相電源。另外CPU由于速度越來(lái)越快,散熱已成為其發(fā)展的瓶頸,因此采用多核心技術(shù),英特爾已經(jīng)在規(guī)劃80個(gè)core的CPU,對(duì)電源要求更高。

（2）電源轉(zhuǎn)換效率提升

不同的半導(dǎo)體制程需要不同的供電電壓,形成多而廣得輸人電壓,對(duì)電源管理提出挑戰(zhàn)。而且新的替代能源的使用,以及節(jié)能環(huán)保的要求加強(qiáng)電源管理功能。第三十四頁(yè)，共46頁(yè)。（3）整合電路設(shè)計(jì)

目前各種功能高度的整合已經(jīng)成了電子產(chǎn)品的宿命,如現(xiàn)在的手機(jī)就將通信、PDA、GPS、電視等集成在一起,要避免相互間的干擾,需要電源也隨之改變。雖然整合模擬和數(shù)字電路的SoC設(shè)計(jì)概念日益普及,但市面上號(hào)稱的SoC芯片卻因數(shù)字、模擬制程整合不易、成本過(guò)高和效能不若預(yù)期,因而形成高整合度和高效能間的兩難,因此部分模擬電路如電源管理IC在短期內(nèi)并不適合作整合,仍將持續(xù)獨(dú)立于SoC芯片之外。

（4）封裝要求

由于產(chǎn)品散熱要求更高,需要將新型、小型的封裝技術(shù)引人到電源產(chǎn)品中。另外對(duì)于功能整合,SiP可能在SoC尚未成型之前,成為一個(gè)重要的解決方。SiP是將不同的芯片或其它組件,通過(guò)封裝制程整合在一個(gè)封裝模塊內(nèi),以執(zhí)行相當(dāng)于系統(tǒng)層級(jí)的功能。第三十五頁(yè)，共46頁(yè)。4.手機(jī)中電源IC的應(yīng)用由于手機(jī)大量采用LDO來(lái)為手機(jī)各個(gè)部件進(jìn)行供電,LDO雖然具有成本低、封裝小、外圍器件少和噪音小的特點(diǎn),但其轉(zhuǎn)換效率低,且只能用于降壓的場(chǎng)合,加上LDO效率取決于輸出/輸人電壓之比,在輸人電壓為3.6V、輸出電壓為1.5V的情況下,效率只有41.7%,這樣低的效率在輸出電流較大時(shí),不僅會(huì)浪費(fèi)很多電能,而且會(huì)造成芯片發(fā)熱影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。而3G手機(jī)各個(gè)部件需要多個(gè)電壓等級(jí)的供電,在很多情況下,尤其是壓差大的情況下,LDO已經(jīng)難以滿足供電需求,因此DC/DC的解決方法成為一種取代LDO的解決方案。DC/DC轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)是升、降壓均適用,效率又高,目前已經(jīng)有自動(dòng)PFM/PWM方式和用DC/DC+LDO雙模式的電源管理解決方案,雖然無(wú)論哪種方案成本都將高于LDO,但的確能夠解決LDO低效和只能用于降壓的問(wèn)題,未來(lái)3G手機(jī)產(chǎn)量的提高和手機(jī)電源管理功能的提升,將在一定程度上刺激手機(jī)電源管理IC市場(chǎng)的發(fā)展。第三十六頁(yè)，共46頁(yè)。3.4.2TWL6030電源管理IC

TITWL6030是一款功能強(qiáng)大的電源管理芯片。集成了很多功能，可以對(duì)整個(gè)板卡上的各設(shè)備進(jìn)行供電和電源管理，功能大致和PC上的電源類似，就是一端插上電源，另一端分出來(lái)好多電源線，分別給處理器，內(nèi)存，硬盤(pán)等供電。只不過(guò)有了電源管理芯片，各個(gè)電壓可以配置。TWL6030設(shè)備是一個(gè)小的（7×7毫米，0.4毫米間距）256球FBGA封裝提供了許多功能的平臺(tái)上使用。第三十七頁(yè)，共46頁(yè)。TWL6030電源管理配套設(shè)備支持：TWL6030只有一根INT連接到CPU的中斷引腳，但是因?yàn)樗δ芎芏啵幚砗芏嘀袛?。比如：電源按下，USB插入，電量計(jì)的檢測(cè)等。

由于只有一根INT線，在這根INT線上注冊(cè)一個(gè)中斷處理函數(shù)，當(dāng)有中斷發(fā)生時(shí)（這個(gè)是自動(dòng)的，6030會(huì)做處理，比如你按下電源，或者插入U(xiǎn)SB，6030會(huì)自動(dòng)在INT上報(bào)一個(gè)中斷給CPU）中斷，一般由內(nèi)核線程調(diào)用了相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行處理函。最大限度地延長(zhǎng)了電池壽命提高了系統(tǒng)性能顯著減小了板級(jí)空間和系統(tǒng)成本高效管理能耗第三十八頁(yè)，共46頁(yè)。3.4.3OMAP4460開(kāi)發(fā)板電源管理1.TWL6030核心SMPS輸出TWL6030實(shí)現(xiàn)三個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS，為OMAP4430處理器提供三個(gè)主要的核心電壓軌。所有這些設(shè)備的默認(rèn)電壓為0.95V，每個(gè)都應(yīng)該由S/W根據(jù)需要調(diào)整為所需的處理器OPP。VCORE1是一個(gè)OMAP4430處理器1200毫安的SMPS。

VCORE2是一個(gè)600mA的SMPS，用于處理器VDD_IVA_AUDIO（VDD_VCORE2）。

VCORE3是一個(gè)600mA的SMPS，用于處理器VDD_CORE（VDD_VCORE3）和VDDA_DLLn_LPDDR21、VDDA_DLLn_LPDDR22，其中n=0和1。第三十九頁(yè)，共46頁(yè)。2.TWL6030的V1V8SMPS輸出

TWL6030V1V8SMPS提供了OMAP4460的I/O電壓。這是一個(gè)1200毫安SMPS，提供了一個(gè)1.8V的OMAP4430處理器設(shè)備I/O電壓輸出。還板載外設(shè)需要引用處理器I/O的工作電壓。第四十頁(yè)，共46頁(yè)。3.TWL6030的V2V1SMPS輸出TWL6030V2V1使用TWL6040的音響伴侶ICSMPS輸出作為輸入，其內(nèi)部的電源供應(yīng)器（特別是高側(cè)和低側(cè)低壓降穩(wěn)壓器和負(fù)電荷泵）。它也被連接到TWL6030的VCXIO和VDACLDO作為輸入電壓。它是一款600mA開(kāi)關(guān)電源一個(gè)默認(rèn)的輸出值的2.10V。

4.TWL6030VMEMSMPS輸出TWL6030VMEM輸出是一款600mA開(kāi)關(guān)電源，提供OMAP4430處理器（VDD_VMEM）的工作電壓VDD2LPDDR2。該SMPS是一款最大容量600mA的軌道電壓（voltagerails）。

5.TWL6030V1V29SMPS輸出TWL6030V1V29輸出的是一個(gè)600mA開(kāi)關(guān)電源，提供了OMAP4430處理器工作電壓VDD2LPDDR2（VDD_VMEM）。該SMPS是一款最大容量600mA的軌道電壓（voltagerails）。第四十一頁(yè)，共46頁(yè)。6.TWL6030LDO電源VAUX2LDO是一個(gè)可編程LDO，僅連接到L