【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】电源电路设计

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摘要

EasyARM-i.MX283(7)A需要3路电源：5V、4.2V和3.3V。其中，系统5V电源供给USB Host、液晶屏使用；4.2V电源供给CPU使用，经过处理器内部PMU（电源管理单元），转换出一路3.3V电源（供给NAND、启动配置电路）、一路1.8V

（供给DDR2）；本节将为您讲述EasyARM-i.MX283(7)A的电源电路设计。

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4.4 电源电路设计

4.4.1 总系统电源电路设计

EasyARM-i.MX283(7)A需要3路电源：5V、4.2V和3.3V。

其中，系统5V电源供给USB Host、液晶屏使用；4.2V电源供给CPU使用，经过处理器内部PMU（电源管理单元），转换出一路3.3V电源（供给NAND、启动配置电路）、一路1.8V（供给DDR2）；系统3.3V电源供给部分外围电路使用，如TF卡、以太网、蜂鸣器、RTC、LED等。

4.4.2 5V电源

5V电源直接由系统外部供给，有两种供电方式：MicroUSB接口（J12）和OPEN 工业插头（J3，间距5.08mm）。默认采用MicroUSB接口供电，OPEN工业插头默认不焊接，用户如果需要采用该接口供电时要将J12（MicroUSB）取下，将J3焊上。

4.4.3 4.2V电源

4.2V电源仅供给处理器使用，综合功耗、成本等因素考虑，决定采用成熟的

NCP1529电源方案，该芯片关键特性如下

∙高达96%的转换效率；

∙输出电源可调：0.9V～3.9V；

∙最大输出电流1A；

∙关断电流为0.3µA，静态电流28µA；

∙开关频率1.7MHz；

∙集成短路、过流及ESD保护。

NCP1529可极大缩小PCB面积、提升电源使用效率及减少发热量，适合用于高密度电路中，如便携设备、电池供电系统。参考电路如图4-6所示。

输出电压可通过改变R10、R12 的阻值来调节，参考公式：

其中，反馈电压VFB＝0.6V。

图4-6 4.2V电源电路

注：考虑到处理器内部已处理了上下电时序，因此电源设计没有特定的时序。

4.4.4 3.3V电源

3.3V系统电源供给TF卡、以太网、蜂鸣器、RTC、LED等外围电路，无需供给处理器。综合考虑系统功耗、成本、设计复杂度，决定采用SPX1117M3产生3.3V 电源，SPX1117M3最大输出电流达800mA，完全满足系统功耗需求。3.3V电路如图4-7所示。

图4-7 3.3V电源电路

4.4.5 i.MX28 内部PMU介绍

i.MX28多媒体应用处理器内部集成有高效的电源管理单元（PMU）。它由DCDC、若干个线性稳压器及电池充电模块组成。外部只需给CPU提供5V或4.2V 电源（电池电源），PMU就能自动产生CPU正常工作所需的所有电压。这不仅极大降低了硬件成本，同时还降低了系统电源设计的难度，使得i.MX28非常适用于电池供电的便携设备。

图4-8 PMU内部结构框图

如图4-8所示，为i.MX28 PMU内部框图。PMU通过DC-DC转换器或多路线性稳压器，提供VDDIO、VDDA、VDDD、VDD1P5、VDD4P2等多种电源供应处理器内部和外部使用。各电源的关系及应用如下：

VDDIO：未启动DC-DC转换器时，由VDD5V经线性稳压器输出；DC-DC转换器启动后，由DC-DC输出得到。该电源可以为NAND Flash、SD/MMC等3.3V 外设供电。

VDDA：未启动DC-DC转换器时，由VDDIO经线性稳压器输出；DC-DC转换器启动后，由DC-DC输出得到。该电源可以为模拟器件、1.8V外设、DDR2或LP-DDR1等供电。

VDDD：未启动DC-DC转换器时，由VDDA经线性稳压器输出；DC-DC转换器启动后，由DC-DC输出得到。该电源可以为CPU、时钟电路等数字器件供电。

VDD1P5：由VDDA经线性稳压器输出得到。该电源可以为外部LV-DDR2供电。

VDD4P2：由VDD5V经线性稳压器输出得到。该电源作为DC-DC转换器的供电电源之一。

在为i.MX28处理器设计供电电源时，可为处理器PMU 提供3种供电方式，分别是：

∙5V单独供电：如USB供电，5V电源适配器或5V线性稳压器供电；

∙ 4.2V单独供电：如电池供电，或通过线性稳压器、DCDC产生的4.2V电源供电；

∙电池供电：即采用电池供电，5V电源作为电池充电电源。

4.4.6 i.MX28采用5V单独供电

如图4-9所示，为i.MX28采用5V单独供电时的电路。外部5V电源需要连接到VDD5V引脚。同时，4P2引脚分别通过一个1KΩ的电阻接到DCDC_BATT和

BATT引脚，处理器内部ADC会采集DCDC_BATT引脚电压，以判断电源是否正常。当5V电源有效时，PMU内部的线性稳压器会自动启动。当线性稳压器输出的电压上升到默认值后，片上ROM代码开始执行。CPU启动后，程序固件会使能4.2V 线性稳压器，输出4.2V电源提供给DC-DC转换器，DC-DC转换器开始工作并取代线性稳压器，从而提高电源利用效率。

图4-9 PMU 5V单独供电

需要注意的是，当5V电源有效时，内部部分线性稳压器输出是一直正常的，因此CPU无法进入待机模式。因此需要处理器复位时，需要利用复位信号同时切断VDD5V输入，推荐电路如图4-9，其中nRST信号为按键复位或看门狗输出复位信号。在CPU前期启动（片上ROM代码还未开始执行）时，5V电源的输入电流是限制在100mA以下的。在4.2V线性稳压器使能启动前，CPU各电源域是由线性稳压器供电的，而线性稳压器的输出电流能力比DC-DC转换器要低不少。因此在这种供电方式下电源利用率相比电池供电时要低。

4.4.7 i.MX28采用4.2V（DCDC_BATT）单独供电

这是优先的配置，因为DCDC_BATT直接给DC-DC转换器供电，没有用到内部线性稳压器。显然这种方式电源利用率更高。这在对电源要求及其严格的应用场合显得尤其重要。