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優(yōu)化電路性能:無代碼調(diào)節(jié)電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例

發(fā)布時(shí)間:2015-06-29 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】電子計(jì)最基本的組件就是實(shí)時(shí)時(shí)鐘和微控制器。然而定時(shí)準(zhǔn)確度向來不在工程師的考慮范圍之內(nèi),這些組件想的可有可無。要想實(shí)現(xiàn)耗電量低,占用電路板空間不大,必須要求支持電壓,易于配置,具低靜態(tài)電流的應(yīng)用。本文就詳解了無代碼調(diào)節(jié)的電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例。

一談到電子計(jì)時(shí),通常首先進(jìn)入腦海的組件是實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)或微控制器。不過,對于定時(shí)準(zhǔn)確度不在設(shè)計(jì)師優(yōu)先考慮之列的應(yīng)用而言,這類組件也許不合適。此外,這類解決方案耗電量往往相對較大、需要編碼以及可能會占用大量電路板空間,尤其在需要額外的邏輯電路時(shí)。另一方面,這類應(yīng)用也許需要一個(gè)支持高壓、具低靜態(tài)電流和易于配置的解決方案。這正是凌力爾特公司LTC2956發(fā)揮作用的地方,某些“周期性”應(yīng)用需要同時(shí)控制時(shí)間和供電,LTC2956則是一款專門為這種情況優(yōu)化電路性能而設(shè)計(jì)的集成電路。

LTC2956簡介

LTC2956是一款具按鈕控制、高度可配置的微功率喚醒定時(shí)器。該器件控制執(zhí)行周期性任務(wù)系統(tǒng)的供電,例如以延時(shí)拍攝方法拍照的任務(wù)。完成任務(wù)以后,LTC2956 斷開系統(tǒng)以降低功耗。LTC2956可配置為無限次重復(fù)這種接通 / 斷開周期,或者配置為僅接通 / 斷開系統(tǒng)一次。

圖1顯示在一個(gè)典型應(yīng)用中,LTC2956是怎樣與其他部分連接的,圖中LTC2956控制由一個(gè) LDO調(diào)節(jié)的系統(tǒng)電源,同時(shí)還與微處理器通信。電源來自主電源軌,在圖中所示情況下是電池,當(dāng)LDO斷開時(shí),電源僅吸取800nA,而在LDO接通時(shí),吸取3μA。輸入電源可以低至 1.5V至高達(dá)36V,這非常適合單節(jié)和多節(jié)電池應(yīng)用。

無代碼調(diào)節(jié)電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例

LTC2956 的所有可調(diào)定時(shí)參數(shù)都是用外部電阻器或電容器設(shè)定的。連接至PERIOD和 RANGE引腳的電阻器允許用戶設(shè)定喚醒定時(shí)器周期,范圍為250ms至39天。在攝影應(yīng)用中,定時(shí)曝光控制計(jì)可設(shè)定為每隔250ms快速連續(xù)拍照,或每39天拍照一次。連接至LONG 引腳的電阻器允許用戶設(shè)定,一個(gè)可選按鈕必須按下多長時(shí)間,才能使喚醒定時(shí)器停機(jī);這個(gè)功能非常適合具備以下特點(diǎn)的應(yīng)用:系統(tǒng)也許需要按照命令偶爾加電或斷電。同一個(gè) LONG引腳也可用來在喚醒定時(shí)器運(yùn)行或停止運(yùn)行時(shí),選擇LTC2956加電時(shí)的行為方式。最后,ONMAX引腳上的電容器限制系統(tǒng)可以接通多長時(shí)間,通過防止任一系統(tǒng)永遠(yuǎn)錯(cuò)誤地保持在接通狀態(tài),起到了自動防止故障的作用。

LTC2956具備無代碼可調(diào)性,因此無論在制造商或消費(fèi)者層面,產(chǎn)品的接通 / 斷開定時(shí)都能夠非常容易地調(diào)節(jié)。例如,某個(gè)制造商可以設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品系列,其中每個(gè)產(chǎn)品的定時(shí)參數(shù)都不同,通過簡單地復(fù)制和粘貼LTC2956設(shè)計(jì),為每個(gè)產(chǎn)品選定不同的電阻器值,就可以完成這樣一個(gè)產(chǎn)品系列的設(shè)計(jì)。相比之下,制造商還可以僅生產(chǎn)一種產(chǎn)品,而將這種可調(diào)性傳遞給消費(fèi)者,通過在電路板上安排所有不同的電阻器組合,將通過跨接線和開關(guān)來配置最終產(chǎn)品的工作留給消費(fèi)者。無論制造商選擇了哪種方式,都不需要編程。

了解LTC2956

LTC2956的好處非常明顯,低壓和高壓系統(tǒng)的接通 / 斷開定時(shí)可以非常容易地調(diào)節(jié),能耗總是最低的。不過,在利用這些好處之前,潛在用戶需要了解LTC2956是否能夠真正達(dá)到產(chǎn)品的所有功能要求。也就是,LTC2956提供哪些工作模式? 有哪些握手信號可用?了解這些問題的答案,有助于決定LTC2956最終能否納入下一個(gè)設(shè)計(jì)中。

圖2顯示了LTC2956的簡化狀態(tài)圖,其中IC可以配置為自動加電進(jìn)入運(yùn)行(RUN) 模式 (喚醒定時(shí)器運(yùn)行) 或停機(jī) (SHUTDOWN) 模式 (喚醒定時(shí)器停止運(yùn)行)。如果 LONG 引腳電壓高于 VCC/2,那么 LTC2956 加電進(jìn)入運(yùn)行模式,并在喚醒 (Awake) 和休眠 (Sleep) 狀態(tài)之間循環(huán)。在喚醒狀態(tài)時(shí),EN 引腳被拉高以接通系統(tǒng),且自動防止故障的 ONMAX 定時(shí)器啟動。只有任務(wù)已完成 (且微處理器將 /SLEEP 輸入引腳拉低),或者只有 ONMAX 定時(shí)器到期,才退出喚醒狀態(tài)。在休眠狀態(tài),EN 引腳被拉低以關(guān)斷系統(tǒng),只有喚醒定時(shí)器到期,或者只有系統(tǒng)由于按鈕短按或微處理器將 /SLEEP 拉高而被強(qiáng)制接通,LTC2956 才退出休眠狀態(tài)。只要檢測到按鈕長按,LTC2956 就退出任何狀態(tài),進(jìn)入停機(jī)模式。
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如果 LONG 引腳電壓低于 VCC/2,那么 LTC2956 就加電進(jìn)入停機(jī)模式,在這種模式時(shí),除處于非常低功率模式的 LTC2956 以外,所有系統(tǒng)組件都斷電以降低能耗。對于煙霧報(bào)警器等付運(yùn)時(shí)已安裝了電池的產(chǎn)品而言,這種模式尤其有用。處于這種模式時(shí),需要短按按鈕才能接通系統(tǒng),啟動喚醒定時(shí)器進(jìn)入運(yùn)行模式。無論何時(shí),只要 LTC2956 從停機(jī)模式進(jìn)入運(yùn)行模式,/ONALERT 輸入引腳就被拉低,以通知系統(tǒng)執(zhí)行加電初始化例程。類似地,無論何時(shí),只要 LTC2956 從運(yùn)行模式進(jìn)入停機(jī)模式,/OFFALERT 輸出引腳就被拉低,以在停機(jī)之前向系統(tǒng)發(fā)出警報(bào),或連接至一個(gè) LED,以可視方式指示系統(tǒng)接通 / 斷開狀態(tài)。

無代碼調(diào)節(jié)電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例
無代碼調(diào)節(jié)電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例

LTC2956與被動式和主動式系統(tǒng)均兼容。在被動式系統(tǒng)中,可能沒有微控制器或FPGA可用來管理LTC2956的/SLEEP引腳,因此可調(diào)ONMAX定時(shí)器決定喚醒時(shí)長,這個(gè)喚醒時(shí)長顯然應(yīng)該設(shè)定為比系統(tǒng)完成其周期性任務(wù)所花的最長預(yù)期時(shí)間要長。圖3a顯示了一個(gè)采用 LTC2956被動式系統(tǒng)的定時(shí)圖。當(dāng)?shù)竭_(dá)可調(diào)喚醒時(shí)刻(tPERIOD) 時(shí),LTC2956進(jìn)入喚醒狀態(tài),并將EN輸出拉高以接通系統(tǒng);此外,喚醒定時(shí)器重新啟動,且ONMAX定時(shí)器(tONMAX) 開始運(yùn)行。一旦ONMAX定時(shí)器到期,LTC2956就重新進(jìn)入休眠狀態(tài),并將EN輸出拉低。

在主動式系統(tǒng)中,有微控制器或FPGA,系統(tǒng)可以切換LTC2956的/SLEEP引腳,以在完成其周期性任務(wù)后,立即終止喚醒狀態(tài)。這使喚醒時(shí)長保持最短,降低了功耗。圖3b顯示了一個(gè)采用 LTC2956 的主動式系統(tǒng)的定時(shí)圖。當(dāng)?shù)竭_(dá)喚醒時(shí)刻時(shí),LTC2956-1 進(jìn)入喚醒狀態(tài),并將 EN 輸出拉高,以接通系統(tǒng);此外,喚醒定時(shí)器重新啟動,ONMAX 定時(shí)器開始運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)完成其周期性任務(wù)時(shí),一旦微控制器或 FPGA向 /SLEEP 引腳發(fā)出脈沖信號,LTC2956 就重新進(jìn)入休眠狀態(tài)。

無代碼調(diào)節(jié)電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例
無代碼調(diào)節(jié)電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例
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也許辨別LTC2956是處于停機(jī)模式 (喚醒定時(shí)器停止運(yùn)行) 還是休眠狀態(tài) (喚醒定時(shí)器運(yùn)行) 并不容易,因?yàn)樵谶@兩種模式時(shí),系統(tǒng)都關(guān)斷 (EN 輸出被拉低),LTC2956消耗不到1μA的電源電流。為了確保喚醒定時(shí)器處于運(yùn)行模式而不是停機(jī)模式,用戶可以短按按鈕一次,以強(qiáng)制EN輸出為高,同時(shí)如果LTC2956當(dāng)下處于停機(jī)模式,也強(qiáng)制其進(jìn)入運(yùn)行模式。此外,按動按鈕總是會使喚醒定時(shí)器重新啟動,這在手動同步喚醒時(shí)刻與外部事件時(shí)會很有用。換句話說,一旦外部事件發(fā)生,短按按鈕就會接通系統(tǒng),而下一次接通則在其后的tPERIOD起始時(shí)刻。

回到我們舉過的攝影定時(shí)曝光控制計(jì)的例子,圖4顯示了LTC2956怎樣應(yīng)用到這類應(yīng)用中。這里采取被動式模式,因此通過將/SLEEP引腳連接至地來禁止該引腳,而ONMAX引腳上的10nF電容器將定時(shí)曝光控制計(jì)的最長接通時(shí)間設(shè)定為133ms,對于拍攝一幅照片,這個(gè)時(shí)間足夠充裕了。同時(shí),不同電阻值的電阻器在RANGE引腳上并聯(lián),每個(gè)電阻器都對應(yīng)于一個(gè)定時(shí)曝光控制計(jì)在“喚醒”和進(jìn)行下一次拍照之前必須“休眠”的時(shí)長。用戶可以轉(zhuǎn)動定時(shí)曝光控制計(jì)上的旋轉(zhuǎn)開關(guān),以選擇想要的周期,并按下按鈕開關(guān) (該開關(guān)會提供 ±25kV ESD保護(hù)),以接通/斷開定時(shí)曝光控制計(jì)。

無代碼調(diào)節(jié)電子喚醒定時(shí)器的設(shè)計(jì)實(shí)例

結(jié)語

LTC2956是一款電子喚醒定時(shí)器,可滿足需要延遲或周期性喚醒的多種應(yīng)用之需求。當(dāng)在休眠狀態(tài)倒計(jì)時(shí)的時(shí)候,電流消耗最大限度減小至僅為 800nA,而當(dāng)定時(shí)器根本不運(yùn)行時(shí),進(jìn)一步減小至300nA。因?yàn)樗卸〞r(shí)調(diào)節(jié)都是通過外部電容器和電阻器進(jìn)行的,所以無需編碼。堅(jiān)固的按鈕接口允許用戶旁路定時(shí)器,并按照命令接通或關(guān)斷系統(tǒng)。4個(gè)I/O 信號可用來在主動式系統(tǒng)中連接微處理器或FPGA,而可調(diào)ONMAX定時(shí)器還可用來實(shí)現(xiàn)被動式系統(tǒng) (或者作為自動防止故障機(jī)制實(shí)現(xiàn)主動式系統(tǒng))。LTC2956采用12引線3mm x 3mm QFN和MSOP封裝,是一款關(guān)注空間利用的IC,簡化并優(yōu)化了具特殊定時(shí)要求的設(shè)計(jì)。

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