專利名稱：一種開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路設(shè)計(jì)，尤其涉及一種開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著科技的進(jìn)步，消費(fèi)類電子產(chǎn)品如手機(jī)、MP3、MP4和PDA等智能化程度越來越高、功耗越來越低，而價(jià)位也越來越便宜。與此趨勢相應(yīng)的就是此類產(chǎn)品的電源管理方案更加智能化和簡潔化。在嵌入式系統(tǒng)級芯片(SoC)所應(yīng)用的電子產(chǎn)品如智能手機(jī)中的開關(guān)機(jī)控制由集成在主控SoC芯片內(nèi)部獨(dú)立供電的開關(guān)機(jī)切換控制單元(以下簡稱開關(guān)機(jī)控制單元或 PSU-Power Switch Unit)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)智能手機(jī)關(guān)機(jī)時，除該開關(guān)機(jī)控制單元外，主控芯片上其它供電和所有外圍設(shè)備如存儲器、顯示器等供電都被切斷。當(dāng)智能手機(jī)關(guān)機(jī)后，開關(guān)機(jī)控制單元以極低的功耗保持運(yùn)行，對隨時可能按下的開關(guān)機(jī)鍵進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到開機(jī)鍵持續(xù)按下的時間達(dá)到預(yù)定閾值時，則判定“開機(jī)動作”有效，從而啟動開機(jī)控制程序，最終輸出正確的控制電平來控制外部電源管理控制器(PMC)打開供電閥門(Power Gate)給手機(jī)整體上電。在手機(jī)印刷板(PCB)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)上述開機(jī)過程的一個關(guān)鍵點(diǎn)是必須保證開關(guān)機(jī)控制單元(PSU)所輸出的開機(jī)電平信號與電源管理控制器(PMC)所要求的開機(jī)電平信號一致。早期的手機(jī)電源管理控制器(PMC)只包括簡單的電源開通/關(guān)閉功能，由手機(jī)印刷板(PCB)上獨(dú)立于主控芯片之外的控制電路和電源管理芯片實(shí)現(xiàn)，其中電源管理芯片的基本功能是把手機(jī)電池的單電壓輸入(手機(jī)鋰電池的電壓為3. 6V)轉(zhuǎn)換成多路電路電壓輸出給PCB上各部件供電(有的需要3. 3V，有的需要1.8V，每種電壓所需路數(shù)不等)。此種電源管理方式的缺點(diǎn)是成本較高，控制不靈活，如難以對不同電壓輸出進(jìn)行分別控制。如今的智能手機(jī)都將電源控制部分集成到主控芯片內(nèi)部作為開關(guān)機(jī)控制單元 (PSU)及電源管理單元(PMU)，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省成本，和能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的電源控制包括靈活控制各路電源輸出與關(guān)斷，靈活調(diào)節(jié)各路電源輸出的電壓(比如同步動態(tài)存儲器SDRAM的工作電壓為3. 3V，應(yīng)用程序可以不需要SDRAM工作的時間段，通過主控芯片內(nèi)部的PMU控制外部PMC將輸出給SDRAM的電壓降到2. 7V以減少SDRAM的功耗并保持其內(nèi)容不丟失)。 在智能手機(jī)主控芯片內(nèi)部的開關(guān)機(jī)控制單元(PSU)中存在一個細(xì)節(jié)問題PSU輸出的開機(jī)電平信號是固定的，或者為高電平有效，或者為低電平有效；如果這個有效電平與電源管理控制器(PMC)所要求的開機(jī)電平信號不一致，則需要在手機(jī)印刷板(PCB)上增加反相器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠動態(tài)改變開關(guān)機(jī)控制單元(PSU)輸出的開機(jī)電平信號的開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種開機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于包括在按鍵有效的情況下在時鐘信號的控制下計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器；接收所述計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果并且將其和閾值比較的比較器；有限狀態(tài)機(jī)，接收所述比較器的比較結(jié)果，根據(jù)比較結(jié)果和狀態(tài)輸出開機(jī)電平信號并且復(fù)位計(jì)數(shù)器。另一方面提供了一種開關(guān)機(jī)控制方法，包括在按鍵有效的情況下執(zhí)行的以下步驟在時鐘信號的控制下計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到閾值時，有限狀態(tài)機(jī)輸出開機(jī)電平信號同時復(fù)位計(jì)數(shù)器使之重新開始計(jì)數(shù)(只要按鍵保持有效)；當(dāng)計(jì)數(shù)器值再次達(dá)到閾值而系統(tǒng)復(fù)位仍未失效時有限狀態(tài)機(jī)將開機(jī)電平取反鎖存并且輸出取反后的開機(jī)電平。本發(fā)明解決了現(xiàn)有芯片中開關(guān)機(jī)控制單元開機(jī)電平信號不能動態(tài)改變的問題，在實(shí)際應(yīng)用中可以搭配任意電平需求的電源管理控制器。本發(fā)明還可用于集成電路設(shè)計(jì)中開關(guān)機(jī)控制單元的設(shè)計(jì)。


本發(fā)明的示例性實(shí)施例將從下文中給出的詳細(xì)說明和本發(fā)明不同實(shí)施例的附圖中被更完全地理解，然而這不應(yīng)該被視為將本發(fā)明限制于具體的實(shí)施例，而應(yīng)該只是為了解釋和理解。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)正常開機(jī)過程流程圖；圖3為另一種開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)異常開機(jī)過程流程圖；圖4為有限狀態(tài)機(jī)的變化示意圖。
具體實(shí)施例方式本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，所述示例性實(shí)施例的下述詳細(xì)說明僅僅是說明性的，并且不是意在以任何方式加以限制。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的開關(guān)機(jī)控制單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖1示意性的示出了開關(guān)機(jī)切換控制單元(PSU)的主要結(jié)構(gòu)，包括有限狀態(tài)機(jī) (FSM) 101、計(jì)數(shù)器102、比較器103、第一寄存器104、第二寄存器105以及輸入/輸出接口， 輸入接口包括開關(guān)機(jī)鍵(KEY)輸入接口、實(shí)時時鐘(CLK)接口和系統(tǒng)復(fù)位輸入(RST)接口 ； 輸出接口包括有開關(guān)機(jī)使能輸出(PSW)接口。計(jì)數(shù)器102接收來自KEY接口和CLK接口的輸入信號，并且其輸出端與比較器103 的第一輸入端連接。當(dāng)KEY信號有效，即該KEY鍵被按下時，計(jì)數(shù)器102開始計(jì)算CLK周期數(shù)，每隔一個CLK周期數(shù)，計(jì)數(shù)器值加1，一旦該KEY鍵信號無效即KEY鍵被釋放，計(jì)數(shù)器清 0。第一寄存器104的輸出端與比較器103的第二輸入端連接，用于存放一個閾值，指示CLK 周期數(shù)。第一寄存器104可通過軟件寫入適當(dāng)?shù)拈撝狄源_定合理的CLK周期數(shù)，在手機(jī)電池掉電或拔除后，第一寄存器104中的閾值會丟失，這時比較器會自動使用一個最小閾值，例如1秒，該最小閾值大于上電延遲(一般小于200ms)與復(fù)位延遲(約200ms)之和。比較器103的輸出端與FSM的第一輸入端連接，比較器103在計(jì)數(shù)器102每增加一個CLK周期數(shù)時都將計(jì)數(shù)器102值與第一寄存器104預(yù)先設(shè)置的閾值進(jìn)行比較，并將結(jié)果發(fā)送給FSM。 第二寄存器105的輸出端與FSM的第二輸入端連接，用于存放輸出的開機(jī)電平信號，并將電平信號發(fā)送給FSM。第二寄存器105輸出的正確開機(jī)電平信號由硬件自動寫入。FSM根據(jù)比較器103的比較結(jié)果來控制PSW輸出開機(jī)電平信號。圖2為開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)正常開機(jī)過程流程圖。在開機(jī)控制過程中，初始狀態(tài)下系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，除PSU、CLK仍然保持有電外， 其它模塊均處于掉電狀態(tài)，KEY鍵在沒有被按下的情況下處于無效狀態(tài)，系統(tǒng)復(fù)位輸入在掉電狀態(tài)時處于復(fù)位信號有效狀態(tài)，上電后經(jīng)過一個復(fù)位延遲，復(fù)位信號變?yōu)闊o效(復(fù)位信號失效是上電成功的標(biāo)志)。PSW輸出高阻，在印刷板PCB上對PSW進(jìn)行上拉(低電平為開機(jī)，高電平為關(guān)機(jī))或下拉(高電平為開機(jī)，低電平為關(guān)機(jī))，保證系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)下不會意外地自動上電。在正常開機(jī)過程中，首先由用戶持續(xù)按下KEY鍵，計(jì)數(shù)器102開始計(jì)數(shù)，每隔一個 CLK周期，計(jì)數(shù)器102值加1 ；比較器103則在每一個CLK周期都將計(jì)數(shù)器102值與第一寄存器104預(yù)先設(shè)置的固定值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送給FSM ；當(dāng)FSM收到比較器103相等的信號時，F(xiàn)SM進(jìn)入“開機(jī)嘗試”狀態(tài)，在“開機(jī)嘗試”狀態(tài)下PSW輸出第二寄存器105存儲的開機(jī)電平信號用于控制PMC打開上電開關(guān)給手機(jī)供電，同時復(fù)位計(jì)數(shù)器使之開始重新計(jì)數(shù)。在正常情況下，“開機(jī)嘗試”開始后手機(jī)正常上電，系統(tǒng)復(fù)位輸入信號從有效變?yōu)闊o效，F(xiàn)SM進(jìn)入“開機(jī)成功”狀態(tài)(此后比較器的比較結(jié)果被忽略)。圖3為開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)異常開機(jī)過程流程圖。在手機(jī)初次使用或手機(jī)使用中發(fā)生電池的掉電或拔除時，第一寄存器104存放的固定值丟失，第二寄存器105存放的開機(jī)電平信號失效，此時的比較器103在進(jìn)行計(jì)數(shù)器 102與第一寄存器104比較時會使用一個最小閾值，例如1秒，來替代第一寄存器104存放的固定值，該最小閾值大于上電延遲(一般小于200ms)與復(fù)位延遲(約200ms)之和。在手機(jī)初次使用或手機(jī)使用中發(fā)生電池的掉電或拔除時的開機(jī)過程首先由用戶持續(xù)按下KEY鍵，計(jì)數(shù)器102開始計(jì)數(shù)，每隔一個CLK周期，計(jì)數(shù)器102值加1 ；比較器103 則在每一個CLK周期都將計(jì)數(shù)器102值與比較器103所使用的一個最小閾值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送給FSM;當(dāng)FSM收到比較器103相等的信號時，F(xiàn)SM進(jìn)入“開機(jī)嘗試”狀態(tài)， PSff輸出第二寄存器105鎖存的電平信號，同時復(fù)位計(jì)數(shù)器102使之重新開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器102的CLK周期數(shù)再次達(dá)到比較器103所使用的最小閾值，即按壓KEY鍵的時間達(dá)2倍最小閾值時就向FSM再次發(fā)送比較相等的信號。由于比較器103在進(jìn)行比較時所采用的最小閾值大于上電延遲與復(fù)位延遲之和(小于400ms)，所以當(dāng)計(jì)數(shù)器102值再次達(dá)到最小閾值而系統(tǒng)復(fù)位輸入信號并未失效時，電路判定此前“開機(jī)嘗試”狀態(tài)下PSW輸出的開機(jī)電平信號與PMC要求的電平信號相反，此時由PSW輸出第二寄存器105取反后的電平信號來匹配PMC所要求的電平信號從而打開上電開關(guān)給手機(jī)供電，同時將取反值鎖存入第二寄存器 105。手機(jī)正常上電后復(fù)位輸入變?yōu)闊o效，F(xiàn)SM進(jìn)入“開機(jī)成功”狀態(tài)。圖4為有限狀態(tài)機(jī)的變化示意圖。有限狀態(tài)機(jī)分為“開機(jī)嘗試”狀態(tài)和“電平取反”兩個狀態(tài)，一種情況是在“開機(jī)嘗試”狀態(tài)下上電電平與PMC要求是相同的，此時進(jìn)入到“開機(jī)成功”狀態(tài)，系統(tǒng)復(fù)位輸入失效。 另一種是在有限狀態(tài)機(jī)進(jìn)入“開機(jī)嘗試”狀態(tài)時復(fù)位計(jì)數(shù)器，對開機(jī)時間進(jìn)行記錄，由于按鍵時間的最小閾值大于上電延遲與復(fù)位延遲之和，當(dāng)計(jì)數(shù)器第二次達(dá)到按鍵時間閾值而系統(tǒng)復(fù)位輸入信號并未失效時，可判定此前的上電電平與PMC要求是相反的，此時由有限狀態(tài)機(jī)輸出取反后的電平信號來匹配PMC所要求的電平信號從而打開上電開關(guān)給手機(jī)供電。
5手機(jī)正常上電后復(fù)位輸入變?yōu)闊o效，F(xiàn)SM進(jìn)入“開機(jī)成功”狀態(tài)。 顯而易見，在不偏離本發(fā)明專利的真實(shí)精神和范圍的前提下，在此描述的本發(fā)明專利可以有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本發(fā)明專利所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于包括在按鍵有效的情況下在時鐘信號的控制下計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器(10 ；接收所述計(jì)數(shù)器(10 輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果并且將其和閾值比較的比較器 (103)；有限狀態(tài)機(jī)(101)，接收所述比較器(103)的比較結(jié)果，根據(jù)比較結(jié)果和狀態(tài)輸出開機(jī)電平信號并且復(fù)位計(jì)數(shù)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)數(shù)器(10 第一次達(dá)到閾值時，所述比較器(102)向所述有限狀態(tài)機(jī)(101)輸出比較相等的結(jié)果，使有限狀態(tài)機(jī)輸出第二寄存器鎖存的開機(jī)電平信號；同時復(fù)位計(jì)數(shù)器使之重新開始計(jì)數(shù)；如果所述計(jì)數(shù)器(102)再次計(jì)數(shù)達(dá)到閾值而系統(tǒng)未能開機(jī)(復(fù)位信號仍然有效)的情況下，所述有限狀態(tài)機(jī)將第二寄存器鎖存的開機(jī)電平值取反輸出，并將取反值(當(dāng)前系統(tǒng)正確的開機(jī)電平)存入第二寄存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括第一寄存器，用于提供閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于包括第二寄存器，用于存儲開機(jī)電平信號。
5.根據(jù)權(quán)利要1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述有限狀態(tài)機(jī)(101)包括用上拉或下拉的方式將有限狀態(tài)機(jī)(101)輸出端連接到外部電源管理控制器的輸入端。
6.一種開關(guān)機(jī)控制方法，包括在按鍵有效的情況下執(zhí)行的以下步驟在時鐘信號的控制下計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到閾值時，有限狀態(tài)機(jī)輸出開機(jī)電平信號，同時復(fù)位計(jì)數(shù)器使之重新開始計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器再次達(dá)到閾值而上電未成功時，有限狀態(tài)機(jī)將開機(jī)電平取反輸出并鎖存取反后的開機(jī)電平值。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到閾值時，有限狀態(tài)機(jī)輸出開機(jī)電平的步驟包括開機(jī)電平成功開機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)機(jī)控制系統(tǒng)及方法，本系統(tǒng)包括在按鍵有效的情況下在時鐘信號的控制下計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器；接收所述計(jì)數(shù)器輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果并且將其和閾值比較的比較器；有限狀態(tài)機(jī)，接收所述比較器的比較結(jié)果，根據(jù)比較結(jié)果和狀態(tài)輸出開機(jī)電平信號并且復(fù)位計(jì)數(shù)器。本方法包括在按鍵有效的情況下執(zhí)行的以下步驟在時鐘信號的控制下計(jì)數(shù)；當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到閾值時，有限狀態(tài)機(jī)輸出開機(jī)電平信號，同時復(fù)位計(jì)數(shù)器使之重新開始計(jì)數(shù)；該開機(jī)電平信號未能開機(jī)的情況下，計(jì)數(shù)器再次計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)值再次達(dá)到閾值而系統(tǒng)未能正常開機(jī)時有限狀態(tài)機(jī)將開機(jī)電平取反輸出并鎖存取反后的開機(jī)電平值。在實(shí)際應(yīng)用中可以搭配任意電平要求的電源管理控制器。
文檔編號G05B19/04GK102156417SQ20111011118
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者杜文杰, 魏家明 申請人:北京凡達(dá)訊科技有限公司