GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
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手机开机键的符号有 ON／OFF、ON KEY、 PWR ON ／OFF、 PWR ON、 PWRONX、 PWR SW、 POW KEY、 POWER SWITCH、 XPWRON 等表示 。
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(2)开机维持电路
手机开机后，开始运行开机程序，运行通过后，CPU需要 输出一个维持信号来维持手机各路供电输出。
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过压/欠压保护电路的工作过程
装上电池，VBATT 电池电压经电池接口CN402的①脚 分为两路：一路送入 过 压 保护集成电路U410的①脚；另 一路送入电子开关管 （ N沟道场管 ） U411的①②⑤⑥脚 ( D )。因U410的⑥脚(使能控制)接地，于是，U41O导通 ，从其④脚送出一个高电平，送给电子开关管U411的③ 脚( G )，控制 U411的D、S极导通，U411导通后，从 U411的④脚( S )送出V_IN(电池 转 化 电压)，电压为3.6V 。
上百微伏，相差约千倍。 采用电感式DC/DC变换器电磁干扰(EMI)大，进行PCB布
板时必须格外小心。
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2．电容式 （电荷泵式）DC/DC 变换器
电容式 DC/DC 变换器是利用电容作为储能元件，其内部 的开关管阵列控制着电容的充放电。电容式DC/DC变换 器同样可以完成升压(正压输出)、降压(负压输出)等功能。
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1．电感式 DC/DC 变换器
1）升压式DC/DC 变换器(VIN＜VOUT) 2）降压式DC/DC 变换器(VIN＞VOUT) 3）电压反转式DC/DC变换器(VIN=-VOUT)
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升压式 DC/DC 变换器
开关管VT在控制电路的控制下工作在开关状态，在开关 管 导通期间，储能电感L上储存能量，在截止期间，储 能电感L感应出左负右正的脉冲电压，与VIN电压叠加后 ，经 整 流 二极管VD整流、电容C滤波，产生高于输入电 压VIN的输出电压VOUT，为负载供电。
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手机为什么要输出受控电压呢？
一是这个电压不能在不需要的时候出现，否则手机工作就紊 乱了；
二是为了省电，使部分电压不需要时不输出。 受控电压一般受 CPU 输出的 RXEN(接收使能)、TXEN(发 射使能)等信号控制，由于 RXEN、TXEN 信号为脉冲信号， 因此，输出的电压也为脉冲电压，需用示波器测量，用万 用表测量要小于标称值。
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手机主要电路对应供电方式
1、低压差线性稳压器 2、DC/DC 变换器
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3.2 手机电源管理IC介绍
电源管理单元PMU （ Power Management Unit)，主要承担供电任务 和其他单元功能(如 SIM 接口、音频等)，一般包含 以下电路：多个DC/DC变 换器(通常是2～3 个)，数 个LDO(通常是 6～14 个) ，充电 电 路 、 保护电路、 电量检测及其他功能单元 电路。 优 势：简化电源电路；降低 电源电路故障率，提高手 机工作的可靠性。
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1、电池供电电路
手机电池通过4条线和手机相连，即电池正极(BATT 等 ) 、 电池数据或电池信息(BSI、BATID 、BATT-SER-DATA 等)、电池温度(BTEMP)、电池地(GND)。
手机电池通过3条线和手机相连，即电池正极、电池信息和 电池地。
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诺基亚和摩托罗拉手机输出电压符号
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3.4 手机典型电源电路分析
1、过压/欠压保护电路 2、电源管理IC供电电路 3、电子开关和稳压器供电电路 4、时钟电路 5、手机开关机过程
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3.4.1 三星Z500手机电源电路分析
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3.1.1 低压差线性稳压器LDO
LDO (Low Dropout Regulator)是通过输出电压反馈、 经误差放大器等组成的控制电路来控制调整管的管压降 VDO(即压差)来达到稳压的目的。它的特点是：VIN必须 大于VOUT，调整管工作在线性区。无论输入电压的变动 或负载电流的变化引起输出电压变动时，通过反馈及控制 电路，改变VDO的大小，使输出电压VOUT基本不变。
一、过压/欠压保护电路 手机电池电压并不是直接加到手机的电源电路中，而是 通过过压/欠压保护电路U410(MAX4842EXT)和电子 开关管 U411(SI1426DH)加到电源电路中。 好处：使手机工作在正常的电压范围之内，过压和欠压 时保护手机。
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过压保护集成电路 MAX4842EXT 的引脚功 能
手机电池常用符号有 VBATT、VBAT、BATT、BATTP、 BATT+、VB、VBB、B+、V-IN 等表示。
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手机电池数据检测电路
通过封装在电池内部的下拉电阻RS来识别电池类型， 当手机装上电池时， 电 阻RS与电阻R270组成一个分压 电路，不同的RS阻值会得到不同的电压，电源管理IC内 的A/D转换器读取BSI信号线的直流电压，来获取电池数 据信息。BSI信号线的最大电压为2.8V。手机电池信息 与手机的开机也有一定的关系，若接触不良，手机可能 不开机。
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3.3.1 手机电源电路的基本工作过程
手机开机电路包括：开机按键、电源IC、CPU、13MHz 振 荡 电 路 、 存储器(Flash)、暂存器(SRAM) 、 码片 (E2PROM)
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3.3.2 手机电源电路的组成
1．电池供电电路 2．电源切换电路 3．开机和开机维持电路 4．LDO、开关型 DC／DC变换器和电源管理IC 5．电源输出电路
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LDO输出电压的控制
EN( 或 SHDN)为LDO输出控制端，一般由微处理器加低电平(或高电 平)使LDO关闭(或工作)，在关闭电源状态时，耗电约1μA。有些 LDO稳压器还设有电源工作状态信号输出。当电源工作正常时，输 出高电平；当电源有故障或输出电压低于正常电压5％以上时，输出 低电平。此信号可输入CPU或LED指示电路作故障或输出电压过低报 警。
本章要点：
3.1 手机稳压电源概述 3.2 手机电源管理IC介绍 3.3 手机电源电路工作过程和基本组成 3.4 手机典型电源电路分析 3.5 手机充电电路分析 3.6 GSM手机不开机和充电故障的维修
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3.1 手机稳压电源概述
3.1.1 低压差线性稳压器LDO 3.1.2 开关型DC/DC变换器 1、电感式 DC/DC 变换器（掌握） 1）升压式DC/DC 变换器(VIN＜VOUT) 2）降压式DC/DC 变换器(VIN＞VOUT) 3）电压反转式DC/DC变换器(VIN=-VOUT) 2、电容式(电荷泵式)DC/DC 变换器（了解）
手机维持信号符号： 1 、 摩托罗拉手机、西门子等手机多使用 WDOG、
WATCHDOG 2、三星手机多使用 PS-HOLD、BB PWR、PWR KEEP 3、诺基亚手机多使用 CCONTCSX 4、松下手机多使用 IGNITION 5、其他手机采用 WA_DOG、DC ON、VALON等
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降压式 DC/DC 变换器
开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通 时，VIN电压经开关管S/D极、储能电感L和电容C构成 回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能 电感L上产生左正右负的电动势。开关管截止期间，由于 储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生左 负右正的脉冲电压。于是，L右端正的电压→滤波电容 C→续流二极管D→L左端构成放电回路，放电电流继续 在C两端建立直流电压，C两端获得的直流电压VOUT， 为负载供电。
CPU先通过CE端(片选端)呼叫存储器(Flash)，存储器 从OE端(数据输出使能)回应CPU，CPU再通过数据总线 和地址总线从存储器里取出主运行程序进行处理，将中间 数据存于暂存器(SRAM)，另外从码片(E2PROM)中取出 参数设置，进行处理，CPU此时输出维持电压，如果逻 辑电路与软件正常，CPU将数据传给显示屏，显示开机 内容；若不正常则撤除维持电压，使电源IC断电。
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电感式DC/DC变换器的特点
1、转换效率高，损耗小，转换率可达 80％～93％。 2、输入、输出电压差值很大时，不影响开关管的损耗。 3、电源方案中电感和电容面积大。 4、输出电压噪声大，电磁干扰(EMI)大，信噪抑制比低。 输出纹波有几十毫伏到上百毫伏；线性稳压器仅有几十到
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LDO 特点
1、LDO具有成本低、封装小、外围器件少。 2、输出电压噪声小，电磁干扰(EMI)小，信噪抑制比高，
适合对噪声敏感的射频电路和音频电路的供电电路。 3、转化效率低，只能用于降压。
LDO的效率取决于输出电压与输入电压之比η=Vo:Vi。在 输入电压为3.6V的情况下，输出电压为3V时，效率为 90.9％，而在输出电压为1.5V时，效率则下降为41.7 ％。
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3.1.2 开关型DC/DC变换器
1、电感式 DC/DC 变换器（掌握） 2、电容式(电荷泵式)DC/DC 变换器（了解）
两者相同：都是先储存能量，再以受控的方式释放能量， 从而得到所需的输出电压。
两者不同：电感式 DC/DC 变换器采用电感储存能量，而 电容式 DC/DC变换器采用电容储存能量。
GSM和基本组成
按下开机键后，电源IC输出供电给CPU和13MHz振荡 电路，使13MHz振荡电路工作，产生系统时钟信号 13MHz输入到CPU；同时，电源IC输出复位信号复位 CPU，经过一定时钟周期，CPU将内部寄存器清零，当 复位端电压变为高电平后，CPU开始要执行程序。
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摩托罗拉E680手机电源切换电路原理图
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3、开机和开机维持电路
(1)开机电路 手机开机方式： 第一种是高电平开机 第二种是低电平开机 判断方法： 如果开机键的一端接地，则该手机是低电平触发开机； 如果开机键的一端接电池，则该手机是高电平触发开机。
5、电源输出电路
(1)非受控电源输出电路 只要按下开机键就有输出，这部分电压大部分供给逻辑 电路、基准时钟电路，以使逻辑电路具备工作条件(即 供电、复位、时钟)，并输出开机维持信号，维持手机 的开机。非受控电压一般是稳定的直流电压，可以用万 用表测量，电压值就是标称值。
(2)受控电源输出电路 电源电路除输出非受控电压外，还输出受控电压，也就 是说，输出的电压是受控的，这部分电压大部分供给手 机射频电路中的压控振荡器、功放、发射 VCO 等电路。
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2、电源切换电路
电池电源BATT+，外接USB接口电源USB-PWR，二者经切 换后产生公共电压B+。 当不插外部电源时，BATT+信号分两路输出：一路经过 D203、R281送到Q255的G1极，于是Q255的D1、S1导通 ，Q255的D1极输出低电平，控制Q252的G极为低电平，于 是Q252的D、S极导通，BATT+通过Q252的D、S极转换成 B+电压。 当插入外部电源时，外部电源检测信号CHG-DET为“H” ，MIDRATE-CTRLB信号为“L”，U257-1输出“H”，加 到Q256的G1极，于是Q256管的D1、S1导通，控制Q256 的D1极为低电平，一方面，把Q251管的G极拉成低电平， Q251启动工作，其D、S极导通，USB-PWR转换成B+电压 向手机供电；另一方面，Q256的D1低电平还加到Q255的 G2极，使Q255的S2、D2极导通，Q255的D2极为高电平 ，加到Q252的G极，这样Q252则关闭BATT+到B+的电路 ，手机完成启动外部供电。
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(2)开机维持电路
手机开机后，开始运行开机程序，运行通过后，CPU需要 输出一个维持信号来维持手机各路供电输出。
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过压/欠压保护电路的工作过程
装上电池，VBATT 电池电压经电池接口CN402的①脚 分为两路：一路送入 过 压 保护集成电路U410的①脚；另 一路送入电子开关管 （ N沟道场管 ） U411的①②⑤⑥脚 ( D )。因U410的⑥脚(使能控制)接地，于是，U41O导通 ，从其④脚送出一个高电平，送给电子开关管U411的③ 脚( G )，控制 U411的D、S极导通，U411导通后，从 U411的④脚( S )送出V_IN(电池 转 化 电压)，电压为3.6V 。
上百微伏，相差约千倍。 采用电感式DC/DC变换器电磁干扰(EMI)大，进行PCB布
板时必须格外小心。
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2．电容式 （电荷泵式）DC/DC 变换器
电容式 DC/DC 变换器是利用电容作为储能元件，其内部 的开关管阵列控制着电容的充放电。电容式DC/DC变换 器同样可以完成升压(正压输出)、降压(负压输出)等功能。
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1．电感式 DC/DC 变换器
1）升压式DC/DC 变换器(VIN＜VOUT) 2）降压式DC/DC 变换器(VIN＞VOUT) 3）电压反转式DC/DC变换器(VIN=-VOUT)
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升压式 DC/DC 变换器
开关管VT在控制电路的控制下工作在开关状态，在开关 管 导通期间，储能电感L上储存能量，在截止期间，储 能电感L感应出左负右正的脉冲电压，与VIN电压叠加后 ，经 整 流 二极管VD整流、电容C滤波，产生高于输入电 压VIN的输出电压VOUT，为负载供电。
GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
手机为什么要输出受控电压呢？
一是这个电压不能在不需要的时候出现，否则手机工作就紊 乱了；
二是为了省电，使部分电压不需要时不输出。 受控电压一般受 CPU 输出的 RXEN(接收使能)、TXEN(发 射使能)等信号控制，由于 RXEN、TXEN 信号为脉冲信号， 因此，输出的电压也为脉冲电压，需用示波器测量，用万 用表测量要小于标称值。
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手机主要电路对应供电方式
1、低压差线性稳压器 2、DC/DC 变换器
GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
3.2 手机电源管理IC介绍
电源管理单元PMU （ Power Management Unit)，主要承担供电任务 和其他单元功能(如 SIM 接口、音频等)，一般包含 以下电路：多个DC/DC变 换器(通常是2～3 个)，数 个LDO(通常是 6～14 个) ，充电 电 路 、 保护电路、 电量检测及其他功能单元 电路。 优 势：简化电源电路；降低 电源电路故障率，提高手 机工作的可靠性。
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1、电池供电电路
手机电池通过4条线和手机相连，即电池正极(BATT 等 ) 、 电池数据或电池信息(BSI、BATID 、BATT-SER-DATA 等)、电池温度(BTEMP)、电池地(GND)。
手机电池通过3条线和手机相连，即电池正极、电池信息和 电池地。
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诺基亚和摩托罗拉手机输出电压符号
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3.4 手机典型电源电路分析
1、过压/欠压保护电路 2、电源管理IC供电电路 3、电子开关和稳压器供电电路 4、时钟电路 5、手机开关机过程
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3.4.1 三星Z500手机电源电路分析
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3.1.1 低压差线性稳压器LDO
LDO (Low Dropout Regulator)是通过输出电压反馈、 经误差放大器等组成的控制电路来控制调整管的管压降 VDO(即压差)来达到稳压的目的。它的特点是：VIN必须 大于VOUT，调整管工作在线性区。无论输入电压的变动 或负载电流的变化引起输出电压变动时，通过反馈及控制 电路，改变VDO的大小，使输出电压VOUT基本不变。
一、过压/欠压保护电路 手机电池电压并不是直接加到手机的电源电路中，而是 通过过压/欠压保护电路U410(MAX4842EXT)和电子 开关管 U411(SI1426DH)加到电源电路中。 好处：使手机工作在正常的电压范围之内，过压和欠压 时保护手机。
GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
过压保护集成电路 MAX4842EXT 的引脚功 能
手机电池常用符号有 VBATT、VBAT、BATT、BATTP、 BATT+、VB、VBB、B+、V-IN 等表示。
GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
手机电池数据检测电路
通过封装在电池内部的下拉电阻RS来识别电池类型， 当手机装上电池时， 电 阻RS与电阻R270组成一个分压 电路，不同的RS阻值会得到不同的电压，电源管理IC内 的A/D转换器读取BSI信号线的直流电压，来获取电池数 据信息。BSI信号线的最大电压为2.8V。手机电池信息 与手机的开机也有一定的关系，若接触不良，手机可能 不开机。
GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
3.3.1 手机电源电路的基本工作过程
手机开机电路包括：开机按键、电源IC、CPU、13MHz 振 荡 电 路 、 存储器(Flash)、暂存器(SRAM) 、 码片 (E2PROM)
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3.3.2 手机电源电路的组成
1．电池供电电路 2．电源切换电路 3．开机和开机维持电路 4．LDO、开关型 DC／DC变换器和电源管理IC 5．电源输出电路
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LDO输出电压的控制
EN( 或 SHDN)为LDO输出控制端，一般由微处理器加低电平(或高电 平)使LDO关闭(或工作)，在关闭电源状态时，耗电约1μA。有些 LDO稳压器还设有电源工作状态信号输出。当电源工作正常时，输 出高电平；当电源有故障或输出电压低于正常电压5％以上时，输出 低电平。此信号可输入CPU或LED指示电路作故障或输出电压过低报 警。
本章要点：
3.1 手机稳压电源概述 3.2 手机电源管理IC介绍 3.3 手机电源电路工作过程和基本组成 3.4 手机典型电源电路分析 3.5 手机充电电路分析 3.6 GSM手机不开机和充电故障的维修
GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
3.1 手机稳压电源概述
3.1.1 低压差线性稳压器LDO 3.1.2 开关型DC/DC变换器 1、电感式 DC/DC 变换器（掌握） 1）升压式DC/DC 变换器(VIN＜VOUT) 2）降压式DC/DC 变换器(VIN＞VOUT) 3）电压反转式DC/DC变换器(VIN=-VOUT) 2、电容式(电荷泵式)DC/DC 变换器（了解）
手机维持信号符号： 1 、 摩托罗拉手机、西门子等手机多使用 WDOG、
WATCHDOG 2、三星手机多使用 PS-HOLD、BB PWR、PWR KEEP 3、诺基亚手机多使用 CCONTCSX 4、松下手机多使用 IGNITION 5、其他手机采用 WA_DOG、DC ON、VALON等
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GSM手机电源和充电电路分析与维修课件
降压式 DC/DC 变换器
开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通 时，VIN电压经开关管S/D极、储能电感L和电容C构成 回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能 电感L上产生左正右负的电动势。开关管截止期间，由于 储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生左 负右正的脉冲电压。于是，L右端正的电压→滤波电容 C→续流二极管D→L左端构成放电回路，放电电流继续 在C两端建立直流电压，C两端获得的直流电压VOUT， 为负载供电。
CPU先通过CE端(片选端)呼叫存储器(Flash)，存储器 从OE端(数据输出使能)回应CPU，CPU再通过数据总线 和地址总线从存储器里取出主运行程序进行处理，将中间 数据存于暂存器(SRAM)，另外从码片(E2PROM)中取出 参数设置，进行处理，CPU此时输出维持电压，如果逻 辑电路与软件正常，CPU将数据传给显示屏，显示开机 内容；若不正常则撤除维持电压，使电源IC断电。
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电感式DC/DC变换器的特点
1、转换效率高，损耗小，转换率可达 80％～93％。 2、输入、输出电压差值很大时，不影响开关管的损耗。 3、电源方案中电感和电容面积大。 4、输出电压噪声大，电磁干扰(EMI)大，信噪抑制比低。 输出纹波有几十毫伏到上百毫伏；线性稳压器仅有几十到
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LDO 特点
1、LDO具有成本低、封装小、外围器件少。 2、输出电压噪声小，电磁干扰(EMI)小，信噪抑制比高，
适合对噪声敏感的射频电路和音频电路的供电电路。 3、转化效率低，只能用于降压。
LDO的效率取决于输出电压与输入电压之比η=Vo:Vi。在 输入电压为3.6V的情况下，输出电压为3V时，效率为 90.9％，而在输出电压为1.5V时，效率则下降为41.7 ％。
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3.1.2 开关型DC/DC变换器
1、电感式 DC/DC 变换器（掌握） 2、电容式(电荷泵式)DC/DC 变换器（了解）
两者相同：都是先储存能量，再以受控的方式释放能量， 从而得到所需的输出电压。
两者不同：电感式 DC/DC 变换器采用电感储存能量，而 电容式 DC/DC变换器采用电容储存能量。
GSM和基本组成
按下开机键后，电源IC输出供电给CPU和13MHz振荡 电路，使13MHz振荡电路工作，产生系统时钟信号 13MHz输入到CPU；同时，电源IC输出复位信号复位 CPU，经过一定时钟周期，CPU将内部寄存器清零，当 复位端电压变为高电平后，CPU开始要执行程序。
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摩托罗拉E680手机电源切换电路原理图
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3、开机和开机维持电路
(1)开机电路 手机开机方式： 第一种是高电平开机 第二种是低电平开机 判断方法： 如果开机键的一端接地，则该手机是低电平触发开机； 如果开机键的一端接电池，则该手机是高电平触发开机。
5、电源输出电路
(1)非受控电源输出电路 只要按下开机键就有输出，这部分电压大部分供给逻辑 电路、基准时钟电路，以使逻辑电路具备工作条件(即 供电、复位、时钟)，并输出开机维持信号，维持手机 的开机。非受控电压一般是稳定的直流电压，可以用万 用表测量，电压值就是标称值。
(2)受控电源输出电路 电源电路除输出非受控电压外，还输出受控电压，也就 是说，输出的电压是受控的，这部分电压大部分供给手 机射频电路中的压控振荡器、功放、发射 VCO 等电路。
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2、电源切换电路
电池电源BATT+，外接USB接口电源USB-PWR，二者经切 换后产生公共电压B+。 当不插外部电源时，BATT+信号分两路输出：一路经过 D203、R281送到Q255的G1极，于是Q255的D1、S1导通 ，Q255的D1极输出低电平，控制Q252的G极为低电平，于 是Q252的D、S极导通，BATT+通过Q252的D、S极转换成 B+电压。 当插入外部电源时，外部电源检测信号CHG-DET为“H” ，MIDRATE-CTRLB信号为“L”，U257-1输出“H”，加 到Q256的G1极，于是Q256管的D1、S1导通，控制Q256 的D1极为低电平，一方面，把Q251管的G极拉成低电平， Q251启动工作，其D、S极导通，USB-PWR转换成B+电压 向手机供电；另一方面，Q256的D1低电平还加到Q255的 G2极，使Q255的S2、D2极导通，Q255的D2极为高电平 ，加到Q252的G极，这样Q252则关闭BATT+到B+的电路 ，手机完成启动外部供电。