攻城獅解析丨開發(fā)板電源架構(gòu)解析之OK4418-C（下）
上一期對(duì)《OKMX6UL-C開發(fā)板底板電源架構(gòu)》進(jìn)行了分析，相信對(duì)用戶是有一定的幫助的。這一期準(zhǔn)備對(duì)同樣有點(diǎn)復(fù)雜的OKxx18_C的電源架構(gòu)做一個(gè)詳細(xì)的梳理。
我們要知道飛凌S5P4418/688系列 FETxx18核心板 支持以下三種供電方式：
? ADP供電，通過J1（電源插座）供入底板，經(jīng)過U11（FDS4435）直接供給核心板PMIC。
? USB供電，由OTG接口直接供給核心板PMIC。
? VBAT供電，由鋰電池供給核心板PMIC。
▲核心板PMIC（NXE2000）鋰電池充電框圖
AC適配器充電過程
當(dāng)ADPDET檢測(cè)到VADPA/VADP1/VADP2引腳有電源輸入，此時(shí)PMU進(jìn)入ChargeReady 并且開始調(diào)節(jié)VSYS輸出。在檢測(cè)到電池有連接的時(shí)候，PMU進(jìn)入TrickleCharge。
在TrickleCharge（涓流充電）模式下，PMU開始定時(shí)40分鐘，并且以40mA電流給無電電池充電或者以85mA電流給電量不足電池充電。如果在40分鐘內(nèi)電池電壓到達(dá)良好電壓，這時(shí)PMU改變狀態(tài)，從TrickleCharge轉(zhuǎn)為RapidCharge（快速充電）。
電池電壓和電池電流的關(guān)系如下圖所示。充電電流、限制電流、VSYS電壓和電池充滿電電壓是可以設(shè)置的。
PMU也可以在沒有電池的情況下調(diào)節(jié)VSYS輸出。
USB充電過程
當(dāng)USBDET檢測(cè)到VUSBA/VUSB有電源輸入時(shí)，PMU進(jìn)入ChargeReady狀態(tài)并且開始調(diào)節(jié)VSYS輸出。
在檢測(cè)到有電池連接后，PMU進(jìn)入TrickleCharge。
在TrickleCharge（涓流充電）模式下，PMU開始定時(shí)40分鐘，并且以40mA電流給無電電池充電或者以85mA電流給電量不足電池充電。
如果在40分鐘內(nèi)電池電壓到達(dá)良好電壓，這時(shí)PMU改變狀態(tài)，從TrickleCharge轉(zhuǎn)為RapidCharge（快速充電）。
電池電壓和電池電流的關(guān)系如下圖所示。充電電流、限制電流、VSYS電壓和電池充滿電電壓是可以設(shè)置的。
PMU會(huì)與外部檢測(cè)功能相結(jié)合，并且該結(jié)果會(huì)控制充電限制電流。
當(dāng)暫停請(qǐng)求建立，PMU會(huì)將狀態(tài)改變?yōu)闀和ＤＪ?，停止給電池充電并且從電池提供電壓（放電）。當(dāng)暫停請(qǐng)求結(jié)束后，PMU將狀態(tài)改變?yōu)镃hargeReady，重新對(duì)電池充電。
峰值輔助模式
當(dāng)VSYS從ADP引腳和USB引腳供電時(shí)，PMU支持峰值輔助模式。如果Systemload current(Isys)(系統(tǒng)負(fù)載電流)低于限定電流(Ilim)，給電池充電電流(Ichg)與Ilim和Isys有以下關(guān)系：
Ichg = Ilim – Isys.
Ex) Ichg = 0.5A – 0.25A = 0.25A.
如果Isys大于Ilim，此時(shí)PMU進(jìn)入峰值輔助模式并且停止充電，電池通過內(nèi)部MOSFET對(duì)VSYS放電。電池放電電流(Ichg)與Isys和Ilim有以下關(guān)系：
Ichg = ilim – lsys.
Ex) Ichg = 0.5A – 1.0A = -0.5A.
上述內(nèi)容只是對(duì)NXE2000充電流程進(jìn)行了一個(gè)簡單的梳理，具體的狀態(tài)描述及寄存器設(shè)置等內(nèi)容詳見NXE2000datasheet。
核心板PMU部分就梳理到此，感興趣的小伙伴可以參考核心板原理圖和NXE2000進(jìn)行深入的分析。下面說一下底板的電源架構(gòu)，以及時(shí)如何與核心板進(jìn)行配合工作的。
前半部分同樣是飛凌常用的過壓保護(hù)電路（如果客戶的供電模塊已經(jīng)具備此功能則可以省去該部分電路），后半部分則是xx18獨(dú)有模擬鋰電池供電和真是鋰電池供電切換電路。
如下圖所示：
從 S5P4418 PMIC充電架構(gòu)可以看出，DC和USB供電先通過DCDC降為VSYS，再由VSYS給電池充電和給系統(tǒng)供電，其中ILPILM引腳所接的20mΩ為充電電流檢測(cè)電阻。
目前批量的核心板拆除了這個(gè)電阻，原因?yàn)榈装宀捎玫氖荄CDC模擬電池供電方案，就是說充電部分與電池電源部分均為DCDC降壓電路，在使用過程中存在隱患，如客戶需要充電或者DC/USB供電方式，并且不需要充電電流檢測(cè)可以直接焊接0歐姆電阻在R91位置。
底板采用DCDC進(jìn)行模擬供電的原因有以下幾點(diǎn)：
1、TPS5432有使能端，可以方便進(jìn)行供電方式的切換
2、DCDC可以方便的進(jìn)行電壓的微調(diào)，模擬不同電池電量
3、降低整板功耗
■ 底板U11（空焊）為DC供電時(shí)電源入口
■ 底板U5為模擬電池供電電源入口
■ 底板P1（空焊）為真實(shí)電池供電電源入口
■ 底板U22為核心板啟動(dòng)后底板5V電源入口（為防止閂鎖效應(yīng)發(fā)生外設(shè)上電需晚于CPU上電）
模擬電池供電
底板默認(rèn)為此方案供電，可實(shí)現(xiàn)底板模擬電池通過VBAT給核心板供電。
真實(shí)電池供電
空焊U5，焊接P1口，并且底板需要將R184改為0R電阻，單節(jié)鋰電池需要連接到P1口，如需要使用核心板PMIC充電功能需要焊接核心板R910.02R精密電阻，如不需要充電電流檢測(cè)則可以直接焊接R910R電阻，之后既可使用DC或者USB作為充電口給鋰電池充電。
單獨(dú)DC供電方案
空焊U5，底板將R184改為0R電阻，焊接U11，核心板需要焊接R910R電阻，既可使用底板DC5V口作為核心板供電電源。
TipsDC單獨(dú)供電并且開發(fā)板作為device時(shí)插拔OTG會(huì)造成系統(tǒng)斷電重啟。如果核心板使用DC單獨(dú)供電時(shí)，必須將PMIC_ICP、PMIC_ICM引腳接地。
單獨(dú)USB供電方案
底板需要將R184改為0R電阻，焊接U11，核心板需要焊接R910R電阻，既可使用底板MICROUSB口作為核心板供電電源。
Tips
1、目前由于所使用的PMICNXE2000存在BUG，DC單獨(dú)供電在不接電池的情況下，連接USB供電線PMIC會(huì)進(jìn)行供電方式切換，由DC供電切換到USB供電并且造成短暫系統(tǒng)斷電！
2、使用VBAT供電時(shí)，無論是模擬電池還是真實(shí)電池都必須將PMIC_ICP,PMIC_ICM接地，如使用電池充放電電流檢測(cè)請(qǐng)將PMCI_ICP接到電池負(fù)極再串聯(lián)0.02R電阻后接地（參照底板）。
3、VBAT_THERM為電池過熱保護(hù)引腳，如電池自身有此功能可以直接連接，并將底板R8拆除，否則在VBAT供電方式下需要通過10K電阻將此引腳下拉到地。
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