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友尚集團推出TI / ST 產品運用於平板電腦上的解決方案

 2012-04-25

本期友尚集團推出平板電腦之解決方案,以TI(德州儀器)、ST(意法半導體)兩大代理產品線為主軸。在TI產品線的部份,就應用處理器、無線連接、顯示器、音訊轉碼器、電源管理、電池管理等功能產品作介紹;在ST產品線部份,就加速度、陀螺儀、電子羅盤、麥克風、智能復位等功能作介紹,相信此兩大產品線,將能帶給客戶全面及多樣化的產品選擇。

 

 TI平板電腦解決方案

   

    【產品介紹】

 

平板電腦是手持電子設備運行多媒體和基於web 的應用程式,需要相當大的處理能力的主要目的。其在可擕式電腦或筆記本PC 的主要優點是它實現由較小的尺寸和更少的週邊設備的數目的便攜性。此外,它使用觸控式螢幕作為主介面控制和與產品的交互。平板電腦的關鍵要求包括:

 

  • 小表單因數:可攜性
  • 無線連接選項
  • 電源效率

 

應用處理器

OMAP3621 處理器設計及優化的OMAP36x被高級了它管理包括文本或視頻顯示和音訊介面的所有關鍵功能的720p HD 決議支援全制式播放和記錄功能的多媒體功能。典型使用的作業系統是Linux 和Android。

 

無線連接

TI 的WiLink 7.0解決方案是提供了低功耗、小外形和可擕式設備製造商的低成本要求全世界的單晶片無線局域網、藍牙、GPS、和調頻解決方案。

 

顯示

TI 提供解決方案,包括低功耗、高ESD 保護觸控式螢幕控制器、顯示介面產品和液晶屏偏置和背光解決方案的液晶屏/OLED 顯示。光感測器連續監測的周圍的燈光,保持背光歸結為最小的功耗也至關重要。

 

音訊

TLV320AIC3100/10/11 是低功耗音訊的轉碼器的集成身歷聲耳機和揚聲器D 類放大器延長電池壽命。他們有能力的高級音訊處理改進的語音和音樂。他們是插針針和相容的軟體,允許啟用快速、方便的產品自旋。軟體的omap 架構是可用的。附加電源節省可以通過使用TPA6141A2,G 類DirectPath (capfree)的身歷聲耳機放大器。

 

電源管理

TI 提供包括電源管理單元(PMU) 的平板電腦設計的完整的電源管理解決方案集成鍵盤控制器和一個USB OTG 收發器。優秀的電源轉換效率擴展電池運行時除了以儘量減少散熱。

 

電池管理

準確燃料計量可用電池容量最大化,並確保有序地關閉。系統側和包側電池燃料規之間進行選擇的選項中,為客戶提供設計的靈活性。TI 提供了一個大型的投資組合的線性和切換ICs 為單個儲存格和雙電池充電器。如果使用高電壓充電器,充電器前端保護IC 則不需要。但是,如果充電器低電壓PMU 或晶片組中集成,前端IC 是從過壓、過流保護系統非常重要。

 

【方塊圖】

ST平板電腦解決方案

 

 

 

 

加速度:   LIS3DH 

 

工作電流消耗最低為2μA,這款3x3x1 mm的加速傳感器最適合運動感應功能、空間和功耗均受限的應用設計,如手機、遙控器以及遊戲機。在±2g/±4g/±8g/±16g全量程範圍內,LIS3DH可提供非常精確的測量數據輸出,在額定溫度和長時間工作下,仍能保持卓越的穩定性。


LIS3DH 加速計芯片內置一個溫度傳感器和三路模數轉換器,可簡單地整合陀螺儀等伴隨芯片。LIS3DH還可實現多種功能,包括鼠標單擊/雙擊識別、4D/6D方向檢測以及省電睡眠到喚醒模式。在睡眠模式下,檢測鏈路保持活動狀態,當一個事件發生時,傳感器將從睡眠模式喚醒,自動提高輸出數據速率。


其它重要特性還包括一個可編程的FIFO(先入先出)存儲器模塊和兩個可編程中斷信號輸出引腳,可立即向主處理器通知動作檢測、單擊/雙擊事件等其它狀況。

 

*特點:


1.71 V to 3.6 V 供電最低功耗2 μA
±2g/±4g/±8g/±16g滿量程旋轉
I2C/SPI 數字輸出接口
16 bit 輸出
2個中斷檢測自由落體和動作檢測
6D / 4D 方向檢測

 

陀螺儀L3G4200D

 

ST推出一款業界獨創、採用一個感應結構檢測三條正交軸向運動的3軸數字陀螺儀L3G4200D 。這種創新的設計概念大幅提昇運動控制式消費電子應用的控制精度和可靠性,為設備的用戶界面實現前所未有的現場感。現有的3軸陀螺儀解決方案依賴兩個或3個獨立的感應結構,頂多是在同一矽基片上;而意法半導體的陀螺儀則是3軸共用一個感應結構,這一突破性概念可以消除軸與軸之間的信號干擾,避免輸出信號受到干擾信號的影響。
 


此外,這個創新的產品架構使意法半導體的工程師將傳感器與ASIC接口整合在一個4mmx4mmx1mm的超小封裝內,解決現在和未來的消費電子應用的空間限制問題。意法半導體的3軸數字陀螺儀讓用戶可以設定全部量程,量程範圍從±250 dps ~±2000 dps,低量程數值用於高精度慢速運動測量,而高量程則用於測量超快速的手勢和運動。這款器件提供一個16位數據輸出,以及可配置的低通和高通濾波器等嵌入式數字功能。就算時間推移或溫度變化,這款器件仍然保持連續穩定的輸出。內置數字輸出的L3G4200D 3軸MEMS陀螺儀的設計和製造採用意法半導體銷售量超過6億支的運動傳感器的製程技術。新產品定於2010年第二季度末開始量產。



*L3G4200D特性

三種可選全尺度(±250/500/2000存保計劃)
I2C/SPI數字輸出接口
16比特率值的數據輸出
8比特溫度數據輸出
兩個數字輸出線(中斷和data rea​​dy)
集成低和高通濾波器的用戶可選帶寬
在時間和溫度上平穩
嵌入式self-test
寬電源電壓,2.4 V到3.6 V
低電壓兼容的IOS,1.8 V
嵌入式power-down和睡眠模式
嵌入式溫度傳感器
嵌入式FIFO緩存
高抗撞擊能力
擴展的工作溫度範圍(-40 °C到+85 °C)
ECOPACK® RoHS 和“Green”認證

 

電子羅盤:LSM303DLHC

 

 

新產品LSM303DLHC採用3 x 5 x 1 mm微型封裝,最小功耗僅為110A,可滿足便攜式消費電子應用對尺寸和功耗的限制性要求,同時還具有出色的測量精度和性能。


在一個封裝內同時集成高性能運動感應和地磁感應元器件,結合最出色的時間穩定性和溫度穩定性,讓意法半導體最新的數字羅盤特別適合以下應用領域:位置相關服務、盲區導航、地圖/方位顯示以及查找方向。世界知名市調公司IHS iSuppli預測,全球市場對數字羅盤的需求將快速增長,預計年復合增長率(CAGR)達到25%,從2010年的2.08億美元增長至2015年的6.38億美元。


特點:置位/復位(Set/Reset)電路
由於受到外界環境的影響,LSM303DLHC中AMR上的主磁域方向不會永久保持不變。LSM303DLHC內置有置位/復位電路,通過內部的金屬線圈週期性的產生電流脈衝,恢復初始的主磁域,如圖8所示。需要注意的是,置位脈沖和復位脈衝產生的效果是一樣的,只是方向不同而已。

 

置位/復位電路給LSM303DLH帶來很多優點:


1)即使遇到外界強磁場的干擾,在干擾消失後LSM303DLH也能恢復正常工作而不需要用戶再次進行校正。
2)即使長時間工作也能保持初始磁化方向實現精確測量,不會因為芯片溫度變化或內部噪音增大而影響測量精度。
3)消除由於溫漂引起的電橋偏差。



麥克風:MP45DT02

       

融優異的音質、穩健性、可靠性以及緊湊的尺寸和實惠的價格於一身,為手機、便攜電腦以及其它配備語音輸入功能的現有及新興應用帶來更強的音頻體驗。


市調公司iSuppli預測,2009至2014年間,手機和消費電子用MEMS麥克風市場的年均複合增長率(CAGR)將達到24%。拉動MEMS麥克風市場增長的主要力量包括利用多路麥克風抑制噪聲技術在應用方面取得的突破,以及除手機和便攜電腦以外的新興消費電子應用如平板電腦和遊戲機將麥克風列為標準配置產品。


意法半導體的MEMS麥克風采用意法半導體與歐姆龍合作研發的同類產品中最好的聲學傳感器技術,此項技術不易受到機械振動、溫度變化及電磁干擾的影響,同時還能還原高保真級的音頻信號。單封裝集成意法半導體的電子控制電路和歐姆龍的微加工傳感器,這兩款全新麥克風的音質和功耗均優於傳統電容(ECM)麥克風。低功耗可確保便攜設備擁有更長的電池壽命,從而延長用戶的使用時間。


尺寸、穩健性和能效優於電容麥克風外,設計人員還可在一個設備內整合多路MEMS麥克風,使設備的音質得到大幅提升。在意法半導體麥克風的小尺寸、優異的靈敏度匹配和頻響的協助下,這種麥克風陣列可實現主動噪聲抑制和迴聲消除功能,以及有助於聲音與位置分離的音頻處理技術波束成形功能。隨著人們在噪聲環境和無法控制的環境中使用手機和其它移動設備的頻率增加,這些降噪功能變得更加實用。


MP45DT02是一個頂部開口的3.76x4.72x1.25mm產品,特別適合便攜電腦和平板電腦對尺寸和聲孔位置的要求。該產品的信噪比(58dB)和頻響非常出色,遠高於市場同類產品。



智能複位:


隨著大量新興數據業務的應用,智能手機和平板電腦功耗水平大幅度提高,導致待機時間也大幅度縮短。為了能否延伸待機時間,內置電池的設計變得越來越普及。這是因為鋰電池的一半體積是由其結構件所佔據的,如果電池內置於智能手機和平板電腦機身中,就可以節省鋰電池的結構件體積,從而在相同乃至更大的體積上大大提高電池的容量。如此一來,電池的容量確實得到了大幅度增加,伴隨著也產生了一個新的問題——如果智能手機和平板電腦在應用過程中發生軟件系統卡機的情況,如何進行系統的複位操作?
與產品的主要功能相比,解除卡機狀況的機械復位裝置通常比較落後。為防止設備意外復位,大多數手動復位鍵(如果有的話)都掩藏在機身內。因為複位鍵很難觸及,所以拆卸電池成為非常普遍的解決辦法。但是,這種做法不僅用戶感受度較差,並且增加了成本,還可能會損壞系統,例如,使重要的數據丟失。
那麼,在內置電池設計的​​智能手機和平板電腦中,如何進行系統的硬件復位呢?本文介紹了一種硬件智能複位的解決方案,不僅可以在智能手機和平板電腦設計中實現雙鍵長按的智能複位,還可以實現在智能手機和平板電腦中流行的單鍵開/關機和復位的智能方案。


* 智能手機和平板電腦應用平台的開/關機和復位的機制和隱患

在當今智能手機和平板電腦的主流平台中,通常都存在應用處理器(Application Process / Baseband, 下簡稱AP)加電源管理芯片(Power Management Unit, 下簡稱PMU)的架構,如圖1所示。

                                圖1. 智能手機和平板電腦中AP+PMU的硬件架構。

 


在這種硬件架構中,在PMU上設置有一個電源開關管腳與一個機身上的一個機械開關相連(下簡稱Power_Key)。
當手機處於關機狀態的時候,按下Power_Key將PMU的電源開關管腳拉到地,將啟動PMU上電過程:PMU啟動LDO為AP供電,同時發出硬件復位信號給AP,當AP軟件系統啟動完畢後,回送一個PS_HOLD信號將PMU的PS_HOLD管腳拉高,並且在工作狀態一直維持為高電平;如果在一定的時間內(Tpshold時間),AP沒有能將PS_HOLD管腳拉高,則表明AP啟動失敗,PMU自動進行下電過程。通常要求Power_Key和PS_HOLD信號之間存在一定的關係,即Power_Key信號必須保持為低電平直至PS_​​​​HOLD信號被AP驅動為高,如圖2所示。這是因為,如果發生了AP上電初始化失敗而沒能在設置的時間Tpshold內將PS_HOLD信號拉高,Power_Key仍然維持為低能夠確保PMU將被觸發再一次上電過程,從而確保上電成功。

 

 

                             圖2 PMU的Power_Key和PS_HOLD信號的時序關係。

 


當手機處於開機狀態的時候,按下Power_Key將PMU的電源開關管腳拉到地,PMU將發送中斷給AP,AP將根據中斷請求進行響應,將PS_HOLD管腳拉到地,PMU自動進行下電過程。
在這個機制中,存在一個顯見的隱患:當AP的系統軟件卡機的時候,它將無法響應PMU發送的下電中斷請求,也就無法進行關機或複位操作了。可能的解決方法如下:在PMU的PS_HOLD管腳輸入端設置一個按鍵開關S1,當S1被按下,PS_HOLD信號被拉低到地,觸發PMU​​的下電過程,如圖3所示。

                                  圖3 AP + PMU的硬件架構中的手工復位方案

 


這個方案固然可行,但是需要將S1隱藏在不易觸發的小孔中,平時用戶是不能夠觸碰這個複位開關S1的。除了用戶感受不好和增加了設計成本與風險外,這個方案還存在一個問題——當下流行的智能手機或平板電腦的設計只有一個機械按鍵,也就是連接到PMU電源開關管腳的開關Power_Key。在這種設計中,Power_Key和S1是不能夠設置在一起的。

                 圖4 AP + PMU的硬件架構中開/關機按鍵和復位按鍵不能合二為一的原理圖。

 


當系統處於​​關機狀態時,如果Power_Key被短按,PMU將觸發上電過程,當AP上電啟動完畢後將PS_HOLD信號拉高——此時不管按鍵是按下還是鬆開的狀態,PMU的PS_HOLD都可以在Tpshold時間內經過R2/C1/R1被及時拉高,系統上電成功不存在問題。當系統處於​​開機工作狀態時,如果Power_Key被按下,由於PS_HOLD信號立即被拉低,PMU將進入下​​電過程。按鍵釋放的時刻,系統可能處於下電過程或者上電過程的某個階段,最終導致有可能關機和有可能係統復位的不可以預測的結果,這是產品設計所不可以接受的,如圖5所示。更重要的是,採用這樣的設計,系統也就根本無法實現軟件關機功能了。所以,在這種電路設計中,Power_Key和S1是不能夠設置在一起的。

 

                         圖5 AP + PMU的硬件架構中開/關機按鍵和復位按鍵不能合二為一的時序。

 


為了校正PMU自身沒有專門的硬件復位輸入管腳,而需要藉助PS_HOLD信號拉低進行複位的這個缺陷,新的PMU中開始引入了專門的RESET_IN的複位管腳,允許外部電路通過這個管腳硬件復位PMU。但是,這裡仍然存在的問題是——PMU的規格要求開/關機按鍵和復位按鍵必須在物理上分開,不能設置在同一個按鍵上,需要將復位按鍵隱藏在機身上的檢修孔中,無法實現單鍵開/關機和復位的方案。


那麼,有沒有一個硬件方案能夠使開/關機按鍵和復位按鍵合二為一,實現智能手機和平板電腦設計中的單鍵開/關機和復位的智能方案呢?


*智能手機和平板電腦設計中的單鍵開/關機和復位智能方案
意法半導體STM65xx系列智能複位芯片系列有兩個或者一個輸入,可以連接設備上的兩個或者一個功能鍵。如果這兩個鍵被同時或單個鍵被按住一定時間(時間長短可以設置或根據型號進行選擇),復位芯片將向主處理器發送一個複位信號。復位芯片的兩個或者一個輸入和延時設定功能,使按鍵的“普通功能”和按鍵的“系統復位功能”合二為一,同時能有效地防止設備被意外復位
在智能手機和平板電腦設計中,當下流行單鍵開/關機和復位的設計,即整個機身上只有一個機械按鍵,該按鍵盤承載了開/關機和卡機復位的功能。STM65xx智能複位芯片系列中的STM6513能夠非常圓滿地實現這個功能。設計者只要將STM6513的SR0和SR1輸入管腳可以連接在Power_Key上(需要雙鍵長按復位的設計,則只需要將/SR0和/SR1分別連接到不同的功能按鍵上即可),/RST2連接到AP的複位輸入管腳,而RST1連接到PMU的PS_HOLD管腳上,這樣就可以輕鬆地實現智能手機和平板電腦設計中的單鍵開/關機和復位的智能方案,如圖6所示的方案1。

                            圖6. 採用STM6513的單鍵開/關機和復位的智能方案1。

 


當系統處於​​關機狀態時,如果Power_Key被短按,PMU將觸發上電過程,當AP上電啟動完畢後將PS_HOLD信號拉高,系統上電成功不存在問題。由於設計中Power_Key被短按,不會觸發STM6513的延時復位功能(可選,例如8秒鐘)。
 

當系統處於​​開機工作狀態時,如果Power_Key被按下,超過一個的時間(可選,例如8秒鐘),/RST2輸出低電平有效的複位信號給AP,同時RST1管腳輸出高電平信號。由於PMU 的PS_HOLD輸入管腳上兩個二極管組成的線與功能電路的存在,在AP進行複位的時候,STM6513輸出的RST1將保持為高(RST1的trec,可以根據需要通過STM6513的外接電容管腳進行設置),直到AP將PS_HOLD管腳驅動為高。這樣一來,在進行系統復位的時候,只是AP被STM6513進行了復位,而PMU實際沒有下電過程,可以確保系統復位成功。另外,由於系統復位過程中PMU沒有下電,緩存數據不丟失,還可以實現死機時用戶應用數據保存的功能。


有些設計者可能傾向於在系統重啟過程中,PMU也能夠進行重啟。對於這類設計者,也可以只使用STM6513的/RST2管腳連接到PMU的PS_HOLD管腳上(對於存在RESET_IN的PMU,可以連接在RESET_IN管腳上),如圖7所示的方案2。當系統處於​​開機工作狀態時,如果Power_Key被按下,超過一個的時間(可選,例如8秒鐘),/RST2輸出低電平有效的複位信號將PMU的PS_HOLD信號拉低。由於/RST2的trec為固定的(例如210ms),也就是說,/RST2在復位信號維持210ms低電平之後將後變為輸出高阻狀態,從而釋放了PMU的PS_HOLD信號,PMU的PS_HOLD將完全由AP的PS_HOLD輸出管腳的狀態控制。由於此時Power_Key仍然為低電平,PMU將被觸發再一次的上電過程,最終上電成功。

 

                              圖7. 採用STM6513的單鍵開/關機和復位的智能方案2。

 


對於採用方案2的設計者,一個成本更優的方案是採用意法半導體公司新推出的STM6519芯片,該芯片是單鍵延時復位芯片,復位延遲時間通過型號選擇,只有一個/RST復位輸出信號,採用UDFN6或UDFN4 1.0x1.45mm封裝,如圖8所示。

 

                              圖8. 採用STM6519的單鍵開/關機和復位的智能方案。

 


採用意法半導體STM6513或STM6519智能複位產品,都可以實現以下單鍵開/關機和系統復位過程:
在關機狀態,短按鍵,上電開機;
在開機工作狀態,在AP系統軟件沒有卡機的前提下,短按鍵,AP對應在顯示屏上顯示“返回?關機?”供用戶選擇——如果確認返回,則返回;如果確認關機,則AP將PS_HOLD拉低,PMU進入下電過程,最後關機。在AP系統軟件卡機的情況下,長按鍵(可選,例如8秒鐘),系統進行硬件復位,重啟開機。
 

小結
本文首先介紹了智能手機和平板電腦平台上AP+PMU硬件架構的複位機制和存在的隱患,然後闡述了採用意法半導體STM6513和STM6519智能複位芯片,實現雙鍵長按復位,特別是在智能手機和平板電腦中流行的單鍵開/關機和復位的智能方案。
意法半導體公司STM65xx智能複位芯片系列使產品設計人員能夠去除傳統復位鍵以及機身上隱藏復位鍵的檢修孔,不僅節省了成本,降低了設計風險,並且提升了用戶使用滿意度。