芯耀
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作者：Franco Contadini，主管工程師
摘要
電源管理集成電路(PMIC)有益于簡化最終應(yīng)用并縮小其尺寸，也因此備受青睞。然而，當(dāng)默認(rèn)啟動時序和輸出電壓與應(yīng)用要求不符時，就需要定制上電設(shè)置。大多數(shù)情況下，電路沒有可以存儲這些設(shè)置的非易失性存儲器(NVM)。對此，低功耗微控制器是一個很好的解決方案，其功能特性和所包含的工具可以在上電時對PMIC控制寄存器進行編程，而不需要開發(fā)固件。本文將探討如何使用工具鏈來解決集成難題。該工具鏈無需開發(fā)固件，能夠簡化PMIC的定制過程，并顯著縮短開發(fā)周期。
簡介
為了減小手持設(shè)備、智能相機和其他便攜式設(shè)備的尺寸并降低成本，設(shè)計時需使用高度集成且功能強大的器件。MAX77714是一款高度集成的PMIC，包含多個降壓轉(zhuǎn)換器、低壓差(LDO)穩(wěn)壓器、通用輸入輸出(GPIO)和實時時鐘(RTC)，可用于生成應(yīng)用所需的所有電源軌。
靈活的時序控制器支持針對目標(biāo)應(yīng)用定制上電和關(guān)斷時序。
這款PMIC提供的幾種VOUT/時序控制器選項（由完整產(chǎn)品型號定義）不符合應(yīng)用要求。為了提高靈活性，可以使用低功耗微控制器作為替代解決方案。該器件可以在上電時喚醒，對器件寄存器進行編程，然后休眠以節(jié)省電力。
要求高集成度的中等規(guī)模應(yīng)用需要采用現(xiàn)成器件的簡單解決方案，并根據(jù)需求定制操作。
硬件設(shè)計人員一直希望能夠擁有可以自動生成固件代碼的工具，讓他們可以在前期開發(fā)時避免涉及軟件資源，同時還能優(yōu)化資源的使用。
MAX28200
MAX28200是一款低功耗、小尺寸（1.7 mm × 1.8 mm）RISC微控制器，帶有多種外設(shè)。對于此應(yīng)用，我們使用兩個GPIO引腳作為位觸發(fā)I2C主機。
電源電壓最高為3.6 V，因此如果輸入電壓超過3.6 V，則使用始終開啟的LDO穩(wěn)壓器為微控制器供電。該器件可以通過I2C節(jié)點接口進行編程。
MAX77714
MAX77714（圖1）是一款高度集成的PMIC，包含四個降壓轉(zhuǎn)換器、九個LDO穩(wěn)壓器、八個GPIO、一個RTC和一個靈活的電源時序控制器(FPS)。降壓轉(zhuǎn)換器和LDO穩(wěn)壓器按照默認(rèn)時序和電壓上電，并遵循電壓軌規(guī)范。用戶可以通過I2C嵌入式接口進行修改。然而，在大多數(shù)情況下，我們需確保默認(rèn)時序和電壓與連接到PMIC的器件的要求相匹配；如果電壓超過其最大額定值，器件可能會損壞。
上電和關(guān)斷時序也很重要，因為現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等器件為了正常運行，需要按照正確的時序使能和禁用電壓。圖2為默認(rèn)上電時序。共有八個時隙，電壓可以在任意一個時隙中使能。該器件可以由高達5.5 V的電壓供電。
圖1.MAX77714簡化功能框圖。
圖2.MAX77714EWC+默認(rèn)上電時序。
器件接口
P0.0和P0.1用于生成針對PMIC的I2C事務(wù)；P0.2負(fù)責(zé)監(jiān)控GPIO4的狀態(tài)；P0.3利用SPDT開關(guān)選擇I2C主機（MAX28200或主機微控制器）。模擬開關(guān)是選配項，僅在主機微控制器需在上電后控制PMIC時才需要配置（見圖3）。
圖3.MAX28200和MAX77714與MAX14689和ADP166連接。
上電復(fù)位(POR)如圖4所示：
1.P0.3置為低電平，選擇該器件作為PMIC的I2C主機。
2.寫入以下所需的數(shù)據(jù)寄存器。
3.P0.3置為高電平，選擇主機微控制器作為I2C主機，該器件進入休眠模式。
4.P0.2連接到GPIO4，用于在關(guān)斷時喚醒器件并對寄存器重新編程。
請注意，在配置結(jié)束時，必須將GPIO4置為高電平。
一旦使用EN0和EN1信號使能PMIC，它就會以新的時序/電壓配置上電。
圖4.MAX28200程序流程。
MAX77714上電和關(guān)斷時序由此處提供的MAX77714 GUI定義。
使用“GUI導(dǎo)入/導(dǎo)出”選項卡，可以將寄存器值導(dǎo)出為Excel文件。
在展示如何使用GUI EVKIT之前，我們需要先知道哪些寄存器對于定制啟動很重要。
MAX77714寄存器詳細(xì)信息
降壓轉(zhuǎn)換器
每個降壓轉(zhuǎn)換器實例都有三個相關(guān)寄存器（SDx_CNFG1、SDx_CNFG2和SDx_CNFG3），用于定義啟動電壓、斜坡速率和工作模式。
CNFG1用于設(shè)置輸出電壓，7位至8位位域如下：
VSD0 = 0.26 V + ((SD0VOUT[6:0] - 1) × 10 mV) ?范圍為0.26 V到1.56 V
VSD1 = 0.26 V + ((SD1VOUT[6:0] - 1) × 10 mV) ?范圍為0.26 V到1.56 V
VSD2 = 0.6 V + (SD2VOUT[7:0] × 6.25 mV) ?范圍為0.6 V到2.194 V
VSD3 = 0.6 V + (SD3VOUT[7:0] × 12.5 mV) ?范圍為0.6 V到3.7875 V
CNFG2和CNFG3寄存器用于選擇斜坡速率（2.5 mV/μs或10 mV/μs）、使能/禁用主動放電、使能/禁用跳頻模式、選擇響應(yīng)時間和過壓閾值。
每個LDO穩(wěn)壓器實例都有兩個相關(guān)寄存器（LDO_CNFG1_Lx和LDO_CNFG2_Lx）。
CNFG1設(shè)置輸出電壓：
LDO0和LDO1為0.8 V至2.375 V。
VLDO = 0.8 V + (VOUT_LDO[5:0] × 25 mV)
LDO2、LDO3、LDO5、LDO6、LDO7、LDO8為0.8 V至3.95 V
VLDO = 0.8 V + (VOUT_LDO[5:0] × 50 mV)
LDO4為0.4 V至1.275 V
VLDO = 0.4 V + (VOUT_LDO[5:0] × 12.5 mV)
CNFG2用于使能/禁用過壓箝位、使能/禁用自動低功耗模式、使能/禁用主動放電、選擇快速/慢速啟動。
GPIO
每個GPIO實例都有一個相關(guān)寄存器CNFG_GPIOx，該器件負(fù)責(zé)選擇方向GPO/GPI、輸出類型（開漏/推挽）和輸出驅(qū)動電平（若為GPO），以及輸入驅(qū)動電平、中斷行為和去抖動配置（若為GPI）。
FPS
時序由xxxFPS寄存器定義，LDO0FPS至LDO8FPS用于線性穩(wěn)壓器，SD0FPS至SD3FPS用于降壓轉(zhuǎn)換器，GPIO0FPS、GPIO1FPS、GPIO2FPS、GPIO7FPS用于GPIO，RSTIOFPS用于復(fù)位。
FPS[2:0]用于設(shè)置關(guān)斷時隙（SLOT0至SLOT7）
FPS[5:3]用于設(shè)置上電時隙（SLOT0至SLOT7）
FPS[7:6]用于設(shè)置分配的時序控制器（FPS0、FPS1）
FPS0由EN0使能，F(xiàn)PS1由EN1使能
上電和關(guān)斷時隙的大小可以利用MSTR_PU_PD寄存器指定：
MSTR_PU_PD[2:0]用于指定關(guān)斷時隙，MSTR_PU_PD[6:4]用于指定上電時隙
可能的步長為：31 μs、63 μs、127 μs、253 μs、508 μs、984 μs、1936 μs、3904 μs，MAX77714EWC+的默認(rèn)值為3904 μs。
GUI實際應(yīng)用
在圖5中，已利用GUI將SD0的輸出電壓修改為0.7 V。
圖5.用于修改SD0電壓的GUI。
SD0上電和關(guān)斷時序已修改為時隙2（圖6）。
圖6.用于修改SDO時隙號的GUI。
GPIO4已配置為推挽輸出，驅(qū)動電平為高電平（圖7）。
圖7.用于配置GPIO4的GUI。
最后，使用“導(dǎo)入/導(dǎo)出”選項卡將修改后的寄存器值導(dǎo)出為Excel文件（圖8）。
圖8.用于導(dǎo)出寄存器值的GUI。
以下是生成的.csv文件（圖9）。
圖9.MAX77714 .csv文件的格式。
請注意，如果必須在上電期間對連接到I2C的其他器件進行編程，用戶可以使用相同格式將其他命令附加到.csv文件。
從.csv文件創(chuàng)建I2C主機固件
您可以點擊此處獲取MAX28200 GUI，按照以下步驟可對器件進行編程：
1.從.csv文件構(gòu)建.hex文件（圖10）。
2.對器件進行編程（圖11和圖12）。
圖10.從原始.csv文件構(gòu)建.hex文件。
圖11.使用選定腳本對器件進行編程。
圖12.使用數(shù)據(jù)模式對器件進行編程。
對建議解決方案進行測試
一旦在上電時使用MAX77714.hex進行編程，P0.3就會置為低電平，以將MAX77714 I2C線連接到MAX28200，并使用新值對SD0和GPIO4寄存器進行編程（圖13）。
圖13.MAX77714 SD0和GPIO4寄存器已用新值進行編程。
現(xiàn)在，當(dāng)MAX77714使能時，EN0置為高電平，SD0將按照編程設(shè)定，以0.7 V在時隙2上電。圖14為寄存器寫入之前上電(a)和寄存器寫入之后上電(b)的情況。
圖14.SDO在寄存器寫入之前和之后上電。(a)寄存器寫入之前上電。(b)寄存器寫入之后上電。
結(jié)論
MAX28200是一款頗具吸引力的微控制器解決方案，能夠為PMIC提供上電設(shè)置。此過程可以使用工具來自動執(zhí)行，無需設(shè)計人員編寫任何代碼。對于不熟悉軟件的硬件設(shè)計人員來說，這是一個非常方便的解決方案。微控制器就像黑匣子一樣，工作時無需固件設(shè)計人員參與。設(shè)計人員可以使用針對特定應(yīng)用定制的現(xiàn)成器件來達到集成目標(biāo)。
