除此之外,底板上的器件以及連接的外圍設(shè)備(例如:U盤,攝像頭等)也需要提供電力支持。底板上的器件種類較多,所需要的供電電壓也不同,常用的供電電壓有:5V、3.3V、1.8V等,在我們的最小系統(tǒng)板上主要用到了5V和3.3V電源供電,外部電源的接入方式是使用USB-Type-C接口進(jìn)行供電,電源電壓為5V,但在底板上部分電路為3.3V供電,所以我們要對(duì)5V電源進(jìn)行降壓處理,從而得到3.3V電源即可為相關(guān)電路供電。
DC/DC是直流-直流電壓變換器,用于電源電路中的電壓變換。DC/DC轉(zhuǎn)換器的工作原理是通過開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作,周期性地將輸入電能傳輸?shù)侥芰看鎯?chǔ)元件中,然后再從能量存儲(chǔ)元件中釋放輸出電能。通過調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通和截止時(shí)間,可以控制直流電能在能量存儲(chǔ)元件中的流動(dòng)和輸出電壓的大小。在嵌入式領(lǐng)域DC/DC通常包括buck(降壓),boost(升壓),buck-boost(升降壓)三種架構(gòu)。DC/DC的優(yōu)點(diǎn)是效率高,電壓范圍寬,可以做到較大跨度的電壓變換。但是DC/DC的輸出紋波較大而且成本較高。
ELF 1的最小系統(tǒng)用到的DC/DC芯片MP2147GD在最小系統(tǒng)中的作用是將5V電源降壓到3.3V輸出,在芯片MP2147GD輸入引腳VIN輸入5V電壓,經(jīng)過內(nèi)部電路降壓后在引腳OUT輸出3.3V的電壓,其中,R217、R224作為反饋電阻將輸出的電平經(jīng)過分壓后輸入到FB引腳,F(xiàn)B引腳為誤差放大器的輸入,連接到輸出和GND之間的外部電阻分壓器,將FB電壓與內(nèi)部0.6V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,以此來調(diào)整輸出電壓直到輸出電平為3.3V,因此,反饋電阻的取值極為重要,反饋電阻有誤會(huì)導(dǎo)致DC/DC芯片輸出電平有誤,可能會(huì)對(duì)后級(jí)電路造成損壞。
注意:ELF 1/ELF 1S開發(fā)板供電最好選用5V2A以上適配器,臺(tái)式電腦優(yōu)先使用主機(jī)后面板USB口供電,前面板供電功率可能不足,會(huì)導(dǎo)致ELF 1/ELF 1S開發(fā)板某些功能測試異常。
VDD_5VIN經(jīng)過撥動(dòng)開關(guān)S2和濾波電容C11后,直接向核心板供電,VDD_5V經(jīng)DC/DC芯片MP2147GD降為VDD_3V3,PMIC_ON_REQ是核心板輸出的電源控制信號(hào),在核心板電源啟動(dòng)之前PMIC_ON_REQ信號(hào)為低電平,MOS管Q3關(guān)斷導(dǎo)致Q1和Q2處于關(guān)斷狀態(tài),所以此時(shí)底板的GEN_5V和GEN_3V3都無法上電。當(dāng)核心板電源啟動(dòng)后通過拉高PMIC_ON_REQ控制MOS管Q3導(dǎo)通,Q3導(dǎo)通后拉低Q1和Q2的柵極使其Vgs達(dá)到MOS導(dǎo)通條件,Q1和Q2導(dǎo)通后GEN_5V和GEN_3V3給底板上電。由于PMIC_ON_REQ由CPU內(nèi)部100K上拉,底板R40阻值不能選的過低(建議不要低于100K),需要保證與100K分壓后電壓可以正常穩(wěn)定的使MOS管Q3導(dǎo)通。
PMIC_ON_REQ引腳輸出高電平, MOS管導(dǎo)通,VDD_5V和VDD_3V3可分別輸出GEN_5V和GEN_3V3。
此部分電路就是控制上電時(shí)序保證了核心板先上電,底板后上電,以防底板通過信號(hào)線給CPU倒灌電流發(fā)生閂鎖效應(yīng),(閂鎖效應(yīng)在前面的電源介紹中已經(jīng)提到)導(dǎo)致CPU損壞。
上圖中R35和R37兩顆電阻作用是在ELF 1斷電后,給對(duì)應(yīng)電容提供放電回路。R38和R40兩顆電阻作用是保證對(duì)應(yīng)MOS管在沒有動(dòng)作時(shí)處于穩(wěn)定的關(guān)斷狀態(tài)。
大家在探究這部分電路時(shí),可以嘗試獨(dú)立地解析原理圖中包含的所有器件的功能及其在系統(tǒng)中的作用。最終期待每位小伙伴都能從這個(gè)過程中收獲滿滿!