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采用混合信号控制器进行混合工作管理系统电源的基本要求
2013/5/15  10:04:50
与任何其他的电池供电设备一样,电源管理是至关重要的。为了降低功耗,首要任务就是在集成的模拟电路不使用时将其关闭。由于所有模拟电路都嵌入在快闪 MCU 中,其完全由软件控制的,可以方便地进行操作。
除了功耗要最低之外,手持医疗机械还必须提供足够好的性能与功能,能够在不同的操作状态下快速切换。系统时钟计时必须具备相应的灵活性,以满足以下彼此冲突的要求:
保证正确时基的稳定性;
低功率可实现更长的电池寿命;
实现高性能的速度;
快速响应事件的灵活性。
我们首选的的方法是使用 32 kHz 的表面晶体作为辅助时钟 (ACLK),实现低功耗与稳定性,并采用快速启动的高速片上数控振荡器 (DCO) 作为系统的主时钟 (MCLK)。ACLK 时钟始终保持开启状态,仅作为计时器的时钟以发出实时中断。高速MCLK作为CPU与高速外设的时钟,能够实现更强的处理功能和更快的事件响应。DCO 是低 Q 值 RC类振荡器,延迟近于零,启动时间不到6us。
在 DCO 快速启动的同时,还可根据温度与电压变动频率。为了管理 DCO 时钟并获得稳定的输出,我们采用频率锁定环 (FLL)。FLL是连续的频率积分器,持久在后台根据稳定参考的分压器 ACLK 调节 DCO。分压的 DCO 与 ACLK 相比较,以 10 比特的加减计数器增加或减少DCO,使分压的 DCO 频率与 ACLK 频率相匹配。这是 DCO 与 ACLK 相乘的结果。
DCO/FLL 组合实现了事件驱动的极低功耗激活特性,电流时间长度较长,最小化待机模式,又不降低性能。当中断要求从系统获得服务时,正常情况下 DCO 在待机状态下会自动启动。快速响应的高速 DCP 时钟计时系统尽快地为请求提供服务,而后再返回待机状态。
始终开启的 ACLK 时钟计时器提供了方便的嵌入式实时时钟。计时器每秒钟触发一个中断。由于 DCO 几乎不需要启动时间,因此嵌入式实时时钟功能不需要任何成本就可作为简单的软件功能实现,而且不会对整体性能造成影响。一个基本的实时时钟功能要求不到 100 个 CPU 周期。CPU 时钟速度标量为 1 MHz 时,实时时钟功能的工作时间为每秒 100us,或 0.0001%。工作中的 CPU 电流为 250uA 时,实时时钟功能向整体系统功率预算添加的不足 25nA 。

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