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(dòng)時(shí)序和輸出電壓與應(yīng)用要求不符時(shí)，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(chǔ)這些設(shè)置的非易失性存儲(chǔ)器(NVM)。對此，低功耗微控制器是一個(gè)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(shí)對PMIC控制寄存器進(jìn)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(jī)和其他便攜式設(shè)備的尺寸并降低成本，設(shè)計(jì)時(shí)需使用高度集成且功能強(qiáng)大的器件。MAX77714是一款高度集成的PMIC，包含多個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器、低壓差(LDO)穩(wěn)壓器、通用輸入輸出(GPIO)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，可用于生成應(yīng)用所需的所有電源軌。

靈活的時(shí)序控制器支持針對目標(biāo)應(yīng)用定制上電和關(guān)斷時(shí)序。

這款PMIC提供的幾種VOUT/時(shí)序控制器選項(xiàng)（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(shí)喚醒，對器件寄存器進(jìn)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(jì)人員一直希望能夠擁有可以自動(dòng)生成固件代碼的工具，讓他們可以在前期開發(fā)時(shí)避免涉及軟件資源，同時(shí)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(gè)GPIO引腳作為位觸發(fā)I2C主機(jī)。

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(diǎn)接口進(jìn)行編程。

MAX77714

MAX77714（圖1）是一款高度集成的PMIC，包含四個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器、九個(gè)LDO穩(wěn)壓器、八個(gè)GPIO、一個(gè)RTC和一個(gè)靈活的電源時(shí)序控制器(FPS)。降壓轉(zhuǎn)換器和LDO穩(wěn)壓器按照默認(rèn)時(shí)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(jìn)行修改。然而，在大多數(shù)情況下，我們需確保默認(rèn)時(shí)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(huì)損壞。

上電和關(guān)斷時(shí)序也很重要，因?yàn)楝F(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等器件為了正常運(yùn)行，需要按照正確的時(shí)序使能和禁用電壓。圖2為默認(rèn)上電時(shí)序。共有八個(gè)時(shí)隙，電壓可以在任意一個(gè)時(shí)隙中使能。該器件可以由高達(dá)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(shí)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(jī)（MAX28200或主機(jī)微控制器）。模擬開關(guān)是選配項(xiàng)，僅在主機(jī)微控制器需在上電后控制PMIC時(shí)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(jī)。

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(jī)微控制器作為I2C主機(jī)，該器件進(jìn)入休眠模式。

4.P0.2連接到GPIO4，用于在關(guān)斷時(shí)喚醒器件并對寄存器重新編程。

請注意，在配置結(jié)束時(shí)，必須將GPIO4置為高電平。

一旦使用EN0和EN1信號使能PMIC，它就會(huì)以新的時(shí)序/電壓配置上電。

圖4.MAX28200程序流程。

MAX77714上電和關(guān)斷時(shí)序由此處提供的MAX77714 GUI定義。

使用“GUI導(dǎo)入/導(dǎo)出”選項(xiàng)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(dòng)很重要。

MAX77714寄存器詳細(xì)信息

降壓轉(zhuǎn)換器

每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器實(shí)例都有三個(gè)相關(guān)寄存器（SDx_CNFG1、SDx_CNFG2和SDx_CNFG3），用于定義啟動(dòng)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) à范圍為0.26 V到1.56 V

VSD1 = 0.26 V + ((SD1VOUT[6:0] - 1) × 10 mV) à范圍為0.26 V到1.56 V

VSD2 = 0.6 V + (SD2VOUT[7:0] × 6.25 mV) à范圍為0.6 V到2.194 V

VSD3 = 0.6 V + (SD3VOUT[7:0] × 12.5 mV) à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(dòng)放電、使能/禁用跳頻模式、選擇響應(yīng)時(shí)間和過壓閾值。

LDO電壓調(diào)節(jié)器

每個(gè)LDO穩(wěn)壓器實(shí)例都有兩個(gè)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(dòng)低功耗模式、使能/禁用主動(dòng)放電、選擇快速/慢速啟動(dòng)。

GPIO

每個(gè)GPIO實(shí)例都有一個(gè)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(dòng)電平（若為GPO），以及輸入驅(qū)動(dòng)電平、中斷行為和去抖動(dòng)配置（若為GPI）。

FPS

時(shí)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(shí)隙（SLOT0至SLOT7）

FPS[5:3]用于設(shè)置上電時(shí)隙（SLOT0至SLOT7）

FPS[7:6]用于設(shè)置分配的時(shí)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(shí)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(shí)隙，MSTR_PU_PD[6:4]用于指定上電時(shí)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(shí)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(shí)序已修改為時(shí)隙2（圖6）。

圖6.用于修改SDO時(shí)隙號的GUI。

GPIO4已配置為推挽輸出，驅(qū)動(dòng)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(xiàng)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(jìn)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(jī)固件

您可以點(diǎn)擊此處獲取MAX28200 GUI，按照以下步驟可對器件進(jìn)行編程：

1.從.csv文件構(gòu)建.hex文件（圖10）。

2.對器件進(jìn)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(jìn)行編程。

圖12.使用數(shù)據(jù)模式對器件進(jìn)行編程。

對建議解決方案進(jìn)行測試

一旦在上電時(shí)使用MAX77714.hex進(jìn)行編程，P0.3就會(huì)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(jìn)行編程（圖13）。

圖13.MAX77714 SD0和GPIO4寄存器已用新值進(jìn)行編程。

現(xiàn)在，當(dāng)MAX77714使能時(shí)，EN0置為高電平，SD0將按照編程設(shè)定，以0.7 V在時(shí)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?yàn)镻MIC提供上電設(shè)置。此過程可以使用工具來自動(dòng)執(zhí)行，無需設(shè)計(jì)人員編寫任何代碼。對于不熟悉軟件的硬件設(shè)計(jì)人員來說，這是一個(gè)非常方便的解決方案。微控制器就像黑匣子一樣，工作時(shí)無需固件設(shè)計(jì)人員參與。設(shè)計(jì)人員可以使用針對特定應(yīng)用定制的現(xiàn)成器件來達(dá)到集成目標(biāo)。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財(cái)年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請?jiān)L問www.analog.com/cn。

作者簡介

Franco Contadini擁有超過35年的電子行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗(yàn)。在從事電路板和ASIC設(shè)計(jì)工作10年之后，他成為現(xiàn)場應(yīng)用工程師，為工業(yè)、電信和醫(yī)療客戶提供支持，主要負(fù)責(zé)電源和電池管理、信號鏈、加密系統(tǒng)和微控制器等相關(guān)業(yè)務(wù)。Franco撰寫