COM载板设计之二:电源与复位
2014-03-05 15:41
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3.1 电源一般要求
COM Express是单电源供电:12VDC,+/-5%。有些厂家的模块电源适应范围可能会更宽一些,COM Express模块消耗功率一般在25到50W范围。如果有一些暂停功能(RAM暂停,磁盘暂停,按键唤醒,USB设备有效唤醒等),那么COM Express模块需要一个5V Suspend电源。如果不使用这些暂停功能,模块的VCC_5V_SBY脚应该悬空。
3.1.1 VCC_12V上升时间和浪涌电流。
直接把模块接到一个电池上,这种快速的电源电压上升时间,可能会导致比较大的浪涌电流,因此,COM Express模块的输入电源的电压上升时间应该限制,一般2.5V/ms。
3.2 ATX和AT方式电源控制
3.2.1 ATX与AT电源比较
ATX电源普遍应用在PCs中,它又两套电源,一个是正常操作使用:12V,5V,3.3V和-12V,还有一个独立的5V暂停电源,所谓的暂停电源就是其ON的充要条件是AC输入存在,而正常操作电源ON的充要条件,AC输入存在且PS_ON#信号为0,这样就会使软件能够控制电源。PC主板可以实现多种控制AC电源的机制,包括按钮,键盘事件,鼠标动等。AT电源ON的充要条件是AC接入,软件不可控,所以PC中不使用这种电源。
将ATX的PS_ON#始终接到地上,ATX就变成了AT。
3.2.2 电源状态
如下表:表38,电源状态
状态 | 描述 | 注释 |
G3 | Mechanical | AC电源拔出,也许系统里还要电池维持RTC工作。 |
S5 | Soft Off | 系统电源切断,但是5V Suspend电源供电。系统的上下文内容并不保存。 |
S4 | Suspend to Disk | 系统电源切断,但是5V Suspend电源供电。系统的上下文内容并不保存。系统上下文保存在磁盘媒体中。 |
S3 | Suspend to RAM | 系统电源切断,但是5V Suspend电源供电。系统的上下文内容并不保存。系统上下文保存在RAM中。 |
S0 | On | 系统上电。 |
状态 | SUS_S5# | SUS_S4# | SUS_S3# |
G5 | N/A | N/A | N/A |
S5 | Low | Low | Low |
S4 | High | Low | Low |
S3 | High | High | Low |
S0 | High | High | High |
3.2.3 ATX和AT电源上电顺序
图50:ATX上电顺序图51:AT上电顺序
表40:ATX和AT电源上电定时:
参数 | 最小值 | 最大值 | 描述 | 注释 |
TPB | 10ms | 500ms | 从按下电源按钮到使得模块退出Suspend模式的时间 | 仅对ATX |
TPSR | 0.1ms | 20ms | 电源上升时间 |
l 有一个时间段(如上面图50和图51所示的TMP1)
l 在TMP1期间,载板电路不应该驱动任何COM Express信号。
l 在TMP1期间,PWR_OK信号可以用来延后COM Express Boot,有时需要这么做,这样允许载板上的FPGA等需要配置的器件在BOOT前配置好。
l 载板上对COM Express信号的上拉应该保持最少,以避免在这个期间后驱COM Express信号脚,载板对COM Express信号的上拉通常是不必要的,大部分信号如果需要上拉,则在模块里就上拉了。
3.2.4 电源监视电路的讨论
COM Express模块使用的芯片组,都集成了一个状态机或者微控制器,它由Suspend电源供电(就是说其电源来自VCC_5V_SBY,只要AC接着在,这个电源总是有的),状态机或微控制器的功能是管理系统电源状态,监视不同的可能引起电源状态改变的输入(比如PWRBTN#、WAKE0#、WAKE1#等),并输出状态信号(比如SUS_S5#、SUS_S4、SUS_S3、SUSPEND#)使系统硬件能够控制系统中的不同电源。
3.2.5 电源按钮
COM Express的PWRBTN#输入可以被载板硬件使用,用来实现ATX方式的电源控制。在下图的原理图中就给了一个这么做的例子。COM Express的PWRBTN#一般由模块的芯片组来,通常PWRBTN#输入由模块的芯片组反弹。在电源按钮按下之后,系统行为取决于芯片组能力和模块硬件厂家的硬件设计及BIOS设计。基于Intel 915GM、945GM和965GM芯片组的模块,下面的行为有RTC芯片寄存器设置:
电源按钮状态
状态 | 描述 |
总是ON | 无电源按钮按下需要 芯片组在Suspend电源稳定后取消断言SUS_S5#,SUS_S4#和SUS_S3# |
等到电源按钮按下 | 芯片组保持Suspend状态知道电源按钮按下信号收到 |
最后状态 | 当电源去掉之后,如果单元是ON,那么当电源再次接通的时候单元返回ON |
3.3 参考设计
3.3.1 ATX电源
ATX电源广泛使用,便宜而又可靠。ATX电源提供的电压种类比载板要求的电源电压种类多,但载板有时需要其它种类的电源。下图显示了ATX电源载板电路,使用了一个24脚的ATX主电源连接器。对于带大功耗的CPU或图形卡的系统,两个附加的12V电源需要通过一个4脚的+12V电源连接器提供。
PWRRTN#对COM Express模块来说是输入,开关反跳在模块上实现,PWRBTN#信号的下降沿启动从S5(软件关)到S0(软件开)的状态变化,如果设备已处于ON状态,则变化相反。
ATX电源由PS_ON#来控制,主ATX电源在PS_ON#为低的时候工作,为了关掉电源,PS_ON#可以浮空,这个网络通常由COM_Express的SUS_S3#信号反向来驱动,典型地通过与模块检测电路“与”控制,这个逻辑应该有VCC_5V_SBY来供电,例如,如果系统或者CPU超温,主电源自动断电。
表42:
ATX信号名称 | 描述 |
PS_ON# | 低有效,TTL电平输入,低使能电源,如果高或者浮空,断电,但+5V Suspend除外 |
PWR_OK | 高有效,表示+12V, +5V, +3.3V, -12V有效 |
+12V1DC | +12V电源,除CPU外的系统其它电路使用,受控于PS_ON# |
+12V2DC | +12V电源,CPU使用,受控于PS_ON#。这个电源使用一个独立的2x2连接器,仅供CPU来使用。 |
+5VDC | +5V电源,受控于PS_ON# |
+3.3VDC | +3.3V电源,受控于PS_ON# |
-12VDC | -12V电源,受控于PS_ON# |
+5VSB | +5V Suspend电源,只要AC电源存在,这个电源就存在 |
COM | 电源返回端。也即是地 |
早期的ATX电源连接器是2x10的,它们是兼容的。还有更早期的电源,只有一个+12V,2x2的CPU+12V电源并不存在。其实对于COM Express模块大都使用低功耗的CPU,所以,一般不需要独立的+12V CPU电源。
3.3.1.1 最小负荷
如果+12V、+5V、+3.3V电源负载太轻,ATX电源可能启动不起来。ATX12V电源设计指南
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