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友尚集团推出TI / ST 产品运用于平板电脑上的解决方案

 2012-04-25

本期友尚集团推出平板计算机之解决方案,以TI(德州仪器)、ST(意法半导体)两大代理产品线为主轴。在TI产品线的部份,就应用处理器、无线连接、显示器、音讯转码器、电源管理、电池管理等功能产品作介绍;在ST产品线部份,就加速度、陀螺仪、电子罗盘、麦克风、智能复位等功能作介绍,相信此两大产品线,将能带给客户全面及多样化的产品选择。

 

TI平板电脑解决方案



  【产品介绍】

平板电脑是手持电子设备运行多媒体和基于web 的应用程式,需要相当大的处理能力的主要目的。其在可携式电脑或笔记本PC 的主要优点是它实现由较小的尺寸和更少的周边设备的数目的便携性。此外,它使用触控式萤幕作为主介面控制和与产品的交互。平板电脑的关键要求包括:

 小表单因数: 可携性
 无线连接选项
 电源效率

应用处理器:

OMAP3621 处理器设计及优化的OMAP36x被高级了它管理包括文本或视频显示和音讯介面的所有关键功能的720p HD 决议支援全制式播放和记录功能的多媒体功能。典型使用的作业系统是Linux 和Android。

无线连接:

TI 的WiLink 7.0解决方案是提供了低功耗、 小外形和可携式设备制造商的低成本要求全世界的单晶片无线局域网、 蓝牙、 GPS、 和调频解决方案。

显示:

TI 提供解决方案,包括低功耗、 高ESD 保护触控式萤幕控制器、 显示介面产品和液晶屏偏置和背光解决方案的液晶屏/OLED 显示。光感测器连续监测的周围的灯光,保持背光归结为最小的功耗也至关重要。

音讯:

TLV320AIC3100/10/11 是低功耗音讯的转码器的集成身历声耳机和扬声器D 类放大器延长电池寿命。他们有能力的高级音讯处理改进的语音和音乐。他们是插针针和相容的软体,允许启用快速、 方便的产品自旋。软体的 omap 架构是可用的。附加电源节省可以通过使用TPA6141A2,G 类DirectPath (capfree) 的身历声耳机放大器。

电源管理:

TI 提供包括电源管理单元(PMU) 的平板电脑设计的完整的电源管理解决方案集成键盘控制器和一个USB OTG 收发器。优秀的电源转换效率扩展电池运行时除了以尽量减少散热。

电池管理:

准确燃料计量可用电池容量最大化,并确保有序地关闭。系统侧和包侧电池燃料规之间进行选择的选项中,为客户提供设计的灵活性。 TI 提供了一个大型的投资组合的线性和切换ICs 为单个储存格和双电池充电器。如果使用高电压充电器,充电器前端保护IC 则不需要。但是,如果充电器低电压PMU 或晶片组中集成,前端IC 是从过压、 过流保护系统非常重要。

【方块图】

 

 

 

ST平板电脑解决方案
 

 

加速度:   LIS3DH

 

 

工作电流消耗最低为2μA,这款3x3x1 mm的加速传感器最适合运动感应功能、空间和功耗均受限的应用设计,如手机、遥控器以及游戏机。在±2g/±4g/±8g/±16g全量程范围内,LIS3DH可提供非常精确的测量数据输出,在额定温度和长时间工作下,仍能保持卓越的稳定性。 

 

LIS3DH 加速计芯片内置一个温度传感器和三路模数转换器,可简单地整合陀螺仪等伴随芯片。LIS3DH还可实现多种功能,包括鼠标单击/双击识别、4D/6D方向检测以及省电睡眠到唤醒模式。在睡眠模式下,检测链路保持活动状态,当一个事件发生时,传感器将从睡眠模式唤醒,自动提高输出数据速率。

 

其它重要特性还包括一个可编程的FIFO(先入先出)存储器模块和两个可编程中断信号输出引脚,可立即向主处理器通知动作检测、单击/双击事件等其它状况。

 

   *特点:

           1.71 V to 3.6 V 供电 最低功耗2 μA

           ±2g/±4g/±8g/±16g满量程旋转

            I2C/SPI 数字输出接口

            16 bit 输出

            2个中断检测自由落体和动作检测

            6D / 4D 方向检测

 

 

陀螺仪:L3G4200D

 

ST推出一款业界独创、采用一个感应结构检测三条正交轴向运动的3轴数字陀螺仪L3G4200D ST推出一款业界独创、采用一个感应结构检测三条正交轴向运动的3轴数字陀螺仪L3G4200D。这种创新的设计概念大幅提升运动控制式消费电子应用的控制精度和可靠性,为设备的用户界面实现前所未有的现场感。现有的3轴陀螺仪解决方案依赖两个或3个独立的感应结构,顶多是在同一硅基片上;而意法半导体的陀螺仪则是3轴共用一个感应结构,这一突破性概念可以消除轴与轴之间的信号干扰,避免输出信号受到干扰信号的影响。

 

此外,这个创新的产品架构使意法半导体的工程师将传感器与ASIC接口整合在一个4mmx4mmx1mm的超小封装内,解决现在和未来的消费电子应用的空间限制问题。意法半导体的3轴数字陀螺仪让用户可以设定全部量程,量程范围从±250 dps ~±2000 dps,低量程数值用于高精度慢速运动测量,而高量程则用于测量超快速的手势和运动。这款器件提供一个16位数据输出,以及可配置的低通和高通滤波器等嵌入式数字功能。就算时间推移或温度变化,这款器件仍然保持连续稳定的输出。内置数字输出的L3G4200D 3轴MEMS陀螺仪的设计和制造采用意法半导体销售量超过6亿支的运动传感器的制程技术。新产品定于2010年第二季度末开始量产。

 

*L3G4200D特性

 

  • 三种可选全尺度(±250/500/2000存保计划)
  • I2C/SPI数字输出接口
  • 16比特率值的数据输出
  • 8比特温度数据输出
  • 两个数字输出线(中断和data ready)
  • 集成低和高通滤波器的用户可选带宽
  • 在时间和温度上平稳
  • 嵌入式self-test
  • 宽电源电压,2.4 V到3.6 V
  • 低电压兼容的IOS,1.8 V
  • 嵌入式power-down和睡眠模式
  • 嵌入式温度传感器
  • 嵌入式FIFO缓存
  • 高抗撞击能力
  • 扩展的工作温度范围(-40 °C到+85 °C)
  • ECOPACK® RoHS 和“Green”认证

 

电子罗盘:LSM303DLHC

 

 

 

新产品LSM303DLHC采用3 x 5 x 1 mm微型封装,最小功耗仅为110A,可满足便携式消费电子应用对尺寸和功耗的限制性要求,同时还具有出色的测量精度和性能。

  在一个封装内同时集成高性能运动感应和地磁 感应元器件,结合最出色的时间稳定性和温度稳定性,让意法半导体最新的数字罗盘特别适合以下应用领域:位置相关服务、盲区导航、地图/方位显示以及查找方向。世界知名市调公司IHS iSuppli预测,全球市场对数字罗盘的需求将快速增长,预计年复合增长率(CAGR)达到25%,从2010年的2.08亿美元增长至2015年的6.38亿美元。

 

*特点:置位/复位(Set/Reset)电路
  由于受到外界环境的影响,LSM303DLHC中AMR上的主磁域方向不会永久保持不变。LSM303DLHC内置有置位/复位电路,通过内部的金属线圈周期性的产生电流脉冲,恢复初始的主磁域,如图8所示。需要注意的是,置位脉冲和复位脉冲产生的效果是一样的,只是方向不同而已。

 

置位/复位电路给LSM303DLH带来很多优点:
  1)   即使遇到外界强磁场的干扰,在干扰消失后LSM303DLH也能恢复正常工作而不需要用户再次进行校正。
  2)   即使长时间工作也能保持初始磁化方向实现精确测量,不会因为芯片温度变化或内部噪音增大而影响测量精度。
  3)   消除由于温漂引起的电桥偏差。

 

麦克风:MP45DT02

       

融优异的音质、稳健性、可靠性以及紧凑的尺寸和实惠的价格于一身,为手机、便携电脑以及其它配备语音输入功能的现有及新兴应用带来更强的音频体验。

市调公司iSuppli预测,2009至2014年间,手机和消费电子用MEMS麦克风市场的年均复合增长率(CAGR)将达到24%。拉动MEMS麦克风市场增长的主要力量包括利用多路麦克风抑制噪声技术在应用方面取得的突破,以及除手机和便携电脑以外的新兴消费电子应用如平板电脑和游戏机将麦克风列为标准配置产品。

意法半导体的MEMS麦克风采用意法半导体与欧姆龙合作研发的同类产品中最好的声学传感器技术,此项技术不易受到机械振动、温度变化及电磁干扰的影响,同时还能还原高保真级的音频信号。单封装集成意法半导体的电子控制电路和欧姆龙的微加工传感器,这两款全新麦克风的音质和功耗均优于传统电容(ECM)麦克风。低功耗可确保便携设备拥有更长的电池寿命,从而延长用户的使用时间。

尺寸、稳健性和能效优于电容麦克风外,设计人员还可在一个设备内整合多路MEMS麦克风,使设备的音质得到大幅提升。在意法半导体麦克风的小尺寸、优异的灵敏度匹配和频响的协助下,这种麦克风阵列可实现主动噪声抑制和回声消除功能,以及有助于声音与位置分离的音频处理技术波束成形功能。随着人们在噪声环境和无法控制的环境中使用手机和其它移动设备的频率增加,这些降噪功能变得更加实用。

MP45DT02是一个顶部开口的3.76x4.72x1.25mm产品,特别适合便携电脑和平板电脑对尺寸和声孔位置的要求。该产品的信噪比(58dB)和频响非常出色,远高于市场同类产品。

 

智能复位:

   随着大量新兴数据业务的应用,智能手机和平板电脑功耗水平大幅度提高,导致待机时间也大幅度缩短。为了能否延伸待机时间,内置电池的设计变得越来越普及。这是因为锂电池的一半体积是由其结构件所占据的,如果电池内置于智能手机和平板电脑机身中,就可以节省锂电池的结构件体积,从而在相同乃至更大的体积上大大提高电池的容量。如此一来,电池的容量确实得到了大幅度增加,伴随着也产生了一个新的问题——如果智能手机和平板电脑在应用过程中发生软件系统卡机的情况,如何进行系统的复位操作?

与产品的主要功能相比,解除卡机状况的机械复位装置通常比较落后。为防止设备意外复位,大多数手动复位键(如果有的话)都掩藏在机身内。因为复位键很难触及,所以拆卸电池成为非常普遍的解决办法。但是,这种做法不仅用户感受度较差,并且增加了成本,还可能会损坏系统,例如,使重要的数据丢失。

那么,在内置电池设计的智能手机和平板电脑中,如何进行系统的硬件复位呢?本文介绍了一种硬件智能复位的解决方案,不仅可以在智能手机和平板电脑设计中实现双键长按的智能复位,还可以实现在智能手机和平板电脑中流行的单键开/关机和复位的智能方案。

*智能手机和平板电脑应用平台的开/关机和复位的机制和隐患

在当今智能手机和平板电脑的主流平台中,通常都存在应用处理器(Application Process / Baseband, 下简称AP)加电源管理芯片(Power Management Unit, 下简称PMU)的架构,如图1所示。

 

 图1. 智能手机和平板电脑中AP+PMU的硬件架构。

 

 

 在这种硬件架构中,在PMU上设置有一个电源开关管脚与一个机身上的一个机械开关相连(下简称Power_Key)。

当手机处于关机状态的时候,按下Power_Key将PMU的电源开关管脚拉到地,将启动PMU上电过程:PMU启动LDO为AP供电,同时发出硬件复位信号给AP,当AP软件系统启动完毕后,回送一个PS_HOLD信号将PMU的PS_HOLD管脚拉高,并且在工作状态一直维持为高电平;如果在一定的时间内(Tpshold时间),AP没有能将PS_HOLD管脚拉高,则表明AP启动失败,PMU自动进行下电过程。通常要求Power_Key和PS_HOLD信号之间存在一定的关系,即Power_Key信号必须保持为低电平直至PS_HOLD信号被AP驱动为高,如图2所示。这是因为,如果发生了AP上电初始化失败而没能在设置的时间Tpshold内将PS_HOLD信号拉高,Power_Key仍然维持为低能够确保PMU将被触发再一次上电过程,从而确保上电成功。

 

图2 PMU的Power_Key和PS_HOLD信号的时序关系。

 

 

当手机处于开机状态的时候,按下Power_Key将PMU的电源开关管脚拉到地,PMU将发送中断给AP,AP将根据中断请求进行响应,将PS_HOLD管脚拉到地,PMU自动进行下电过程。

 

在这个机制中,存在一个显见的隐患:当AP的系统软件卡机的时候,它将无法响应PMU发送的下电中断请求,也就无法进行关机或复位操作了。可能的解决方法如下:在PMU的PS_HOLD管脚输入端设置一个按键开关S1,当S1被按下,PS_HOLD信号被拉低到地,触发PMU的下电过程,如图3所示。

 

图3 AP + PMU的硬件架构中的手工复位方案

 

这个方案固然可行,但是需要将S1隐藏在不易触发的小孔中,平时用户是不能够触碰这个复位开关S1的。除了用户感受不好和增加了设计成本与风险外,这个方案还存在一个问题——当下流行的智能手机或平板电脑的设计只有一个机械按键,也就是连接到PMU电源开关管脚的开关Power_Key。在这种设计中,Power_Key和S1是不能够设置在一起的。

 

图4 AP + PMU的硬件架构中开/关机按键和复位按键不能合二为一的原理图。

 

当系统处于关机状态时,如果Power_Key被短按,PMU将触发上电过程,当AP上电启动完毕后将PS_HOLD信号拉高——此时不管按键是按下还是松开的状态,PMU的PS_HOLD都可以在Tpshold时间内经过R2/C1/R1被及时拉高,系统上电成功不存在问题。当系统处于开机工作状态时,如果Power_Key被按下,由于PS_HOLD信号立即被拉低,PMU将进入下电过程。按键释放的时刻,系统可能处于下电过程或者上电过程的某个阶段,最终导致有可能关机和有可能系统复位的不可以预测的结果,这是产品设计所不可以接受的,如图5所示。更重要的是,采用这样的设计,系统也就根本无法实现软件关机功能了。所以,在这种电路设计中,Power_Key和S1是不能够设置在一起的。

                                图5 AP + PMU的硬件架构中开/关机按键和复位按键不能合二为一的时序。

 

为了校正PMU自身没有专门的硬件复位输入管脚,而需要借助PS_HOLD信号拉低进行复位的这个缺陷,新的PMU中开始引入了专门的RESET_IN的复位管脚,允许外部电路通过这个管脚硬件复位PMU。但是,这里仍然存在的问题是——PMU的规格要求开/关机按键和复位按键必须在物理上分开,不能设置在同一个按键上,需要将复位按键隐藏在机身上的检修孔中,无法实现单键开/关机和复位的方案。

 

那么,有没有一个硬件方案能够使开/关机按键和复位按键合二为一,实现智能手机和平板电脑设计中的单键开/关机和复位的智能方案呢?

*智能手机和平板电脑设计中的单键开/关机和复位智能方案

意法半导体STM65xx系列智能复位芯片系列有两个或者一个输入,可以连接设备上的两个或者一个功能键。如果这两个键被同时或单个键被按住一定时间(时间长短可以设置或根据型号进行选择),复位芯片将向主处理器发送一个复位信号。复位芯片的两个或者一个输入和延时设定功能,使按键的“普通功能”和按键的“系统复位功能”合二为一,同时能有效地防止设备被意外复位

在智能手机和平板电脑设计中,当下流行单键开/关机和复位的设计,即整个机身上只有一个机械按键,该按键盘承载了开/关机和卡机复位的功能。STM65xx智能复位芯片系列中的STM6513能够非常圆满地实现这个功能。设计者只要将STM6513的SR0和SR1输入管脚可以连接在Power_Key上(需要双键长按复位的设计,则只需要将/SR0和/SR1分别连接到不同的功能按键上即可),/RST2连接到AP的复位输入管脚,而RST1连接到PMU的PS_HOLD管脚上,这样就可以轻松地实现智能手机和平板电脑设计中的单键开/关机和复位的智能方案,如图6所示的方案1。

                             图6. 采用STM6513的单键开/关机和复位的智能方案1。

 

当系统处于关机状态时,如果Power_Key被短按,PMU将触发上电过程,当AP上电启动完毕后将PS_HOLD信号拉高,系统上电成功不存在问题。由于设计中Power_Key被短按,不会触发STM6513的延时复位功能(可选,例如8秒钟)。

 

当系统处于开机工作状态时,如果Power_Key被按下,超过一个的时间(可选,例如8秒钟),/RST2输出低电平有效的复位信号给AP,同时RST1管脚输出高电平信号。由于PMU 的PS_HOLD输入管脚上两个二极管组成的线与功能电路的存在,在AP进行复位的时候,STM6513输出的RST1将保持为高(RST1的trec,可以根据需要通过STM6513的外接电容管脚进行设置),直到AP将PS_HOLD管脚驱动为高。这样一来,在进行系统复位的时候,只是AP被STM6513进行了复位,而PMU实际没有下电过程,可以确保系统复位成功。另外,由于系统复位过程中PMU没有下电,缓存数据不丢失,还可以实现死机时用户应用数据保存的功能。

 

有些设计者可能倾向于在系统重启过程中,PMU也能够进行重启。对于这类设计者,也可以只使用STM6513的/RST2管脚连接到PMU的PS_HOLD管脚上(对于存在RESET_IN的PMU,可以连接在RESET_IN管脚上),如图7所示的方案2。当系统处于开机工作状态时,如果Power_Key被按下,超过一个的时间(可选,例如8秒钟),/RST2输出低电平有效的复位信号将PMU的PS_HOLD信号拉低。由于/RST2的trec为固定的(例如210ms),也就是说,/RST2在复位信号维持210ms低电平之后将后变为输出高阻状态,从而释放了PMU的PS_HOLD信号,PMU的PS_HOLD将完全由AP的PS_HOLD输出管脚的状态控制。由于此时Power_Key仍然为低电平,PMU将被触发再一次的上电过程,最终上电成功。

                           图7. 采用STM6513的单键开/关机和复位的智能方案2。

 

 

对于采用方案2的设计者,一个成本更优的方案是采用意法半导体公司新推出的STM6519芯片,该芯片是单键延时复位芯片,复位延迟时间通过型号选择,只有一个/RST复位输出信号,采用UDFN6或UDFN4 1.0x1.45mm封装,如图8所示。

                               图8. 采用STM6519的单键开/关机和复位的智能方案。

 

 

采用意法半导体STM6513或STM6519智能复位产品,都可以实现以下单键开/关机和系统复位过程:

在关机状态,短按键,上电开机;

在开机工作状态,在AP系统软件没有卡机的前提下,短按键,AP对应在显示屏上显示“返回?关机?”供用户选择——如果确认返回,则返回;如果确认关机,则AP将PS_HOLD拉低,PMU进入下电过程,最后关机。在AP系统软件卡机的情况下,长按键(可选,例如8秒钟),系统进行硬件复位,重启开机。

小结

本文首先介绍了智能手机和平板电脑平台上AP+PMU硬件架构的复位机制和存在的隐患,然后阐述了采用意法半导体STM6513和STM6519智能复位芯片,实现双键长按复位,特别是在智能手机和平板电脑中流行的单键开/关机和复位的智能方案。

意法半导体公司STM65xx智能复位芯片系列使产品设计人员能够去除传统复位键以及机身上隐藏复位键的检修孔,不仅节省了成本,降低了设计风险,并且提升了用户使用满意度。