除此之外,底板上的器件以及連接的外圍設備(例如:U盤,攝像頭等)也需要提供電力支持。底板上的器件種類較多,所需要的供電電壓也不同,常用的供電電壓有:5V、3.3V、1.8V等,在我們的最小系統板上主要用到了5V和3.3V電源供電,外部電源的接入方式是使用USB-Type-C接口進行供電,電源電壓為5V,但在底板上部分電路為3.3V供電,所以我們要對5V電源進行降壓處理,從而得到3.3V電源即可為相關電路供電。
DC/DC是直流-直流電壓變換器,用于電源電路中的電壓變換。DC/DC轉換器的工作原理是通過開關管的開關動作,周期性地將輸入電能傳輸到能量存儲元件中,然后再從能量存儲元件中釋放輸出電能。通過調整開關管的導通和截止時間,可以控制直流電能在能量存儲元件中的流動和輸出電壓的大小。在嵌入式領域DC/DC通常包括buck(降壓),boost(升壓),buck-boost(升降壓)三種架構。DC/DC的優(yōu)點是效率高,電壓范圍寬,可以做到較大跨度的電壓變換。但是DC/DC的輸出紋波較大而且成本較高。
ELF 1的最小系統用到的DC/DC芯片MP2147GD在最小系統中的作用是將5V電源降壓到3.3V輸出,在芯片MP2147GD輸入引腳VIN輸入5V電壓,經過內部電路降壓后在引腳OUT輸出3.3V的電壓,其中,R217、R224作為反饋電阻將輸出的電平經過分壓后輸入到FB引腳,FB引腳為誤差放大器的輸入,連接到輸出和GND之間的外部電阻分壓器,將FB電壓與內部0.6V基準電壓進行比較,以此來調整輸出電壓直到輸出電平為3.3V,因此,反饋電阻的取值極為重要,反饋電阻有誤會導致DC/DC芯片輸出電平有誤,可能會對后級電路造成損壞。
注意:ELF 1/ELF 1S開發(fā)板供電最好選用5V2A以上適配器,臺式電腦優(yōu)先使用主機后面板USB口供電,前面板供電功率可能不足,會導致ELF 1/ELF 1S開發(fā)板某些功能測試異常。
VDD_5VIN經過撥動開關S2和濾波電容C11后,直接向核心板供電,VDD_5V經DC/DC芯片MP2147GD降為VDD_3V3,PMIC_ON_REQ是核心板輸出的電源控制信號,在核心板電源啟動之前PMIC_ON_REQ信號為低電平,MOS管Q3關斷導致Q1和Q2處于關斷狀態(tài),所以此時底板的GEN_5V和GEN_3V3都無法上電。當核心板電源啟動后通過拉高PMIC_ON_REQ控制MOS管Q3導通,Q3導通后拉低Q1和Q2的柵極使其Vgs達到MOS導通條件,Q1和Q2導通后GEN_5V和GEN_3V3給底板上電。由于PMIC_ON_REQ由CPU內部100K上拉,底板R40阻值不能選的過低(建議不要低于100K),需要保證與100K分壓后電壓可以正常穩(wěn)定的使MOS管Q3導通。
PMIC_ON_REQ引腳輸出高電平, MOS管導通,VDD_5V和VDD_3V3可分別輸出GEN_5V和GEN_3V3。
此部分電路就是控制上電時序保證了核心板先上電,底板后上電,以防底板通過信號線給CPU倒灌電流發(fā)生閂鎖效應,(閂鎖效應在前面的電源介紹中已經提到)導致CPU損壞。
上圖中R35和R37兩顆電阻作用是在ELF 1斷電后,給對應電容提供放電回路。R38和R40兩顆電阻作用是保證對應MOS管在沒有動作時處于穩(wěn)定的關斷狀態(tài)。
大家在探究這部分電路時,可以嘗試獨立地解析原理圖中包含的所有器件的功能及其在系統中的作用。最終期待每位小伙伴都能從這個過程中收獲滿滿!