摘要

本文首先對(duì)PMU 進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，有助于讀者理解PMU 的基本功能和選擇方法。其次主要講述LP3925數(shù)據(jù)手冊(cè)中的一些不易理解的部分，比如多功能輸入輸出口的設(shè)置等，有助于讀者更好地理解LP3925 的靈活性和可配置性，加深對(duì)LP3925 的理解。另外介紹了LP3925 在實(shí)際使用中的一些注意事項(xiàng)以及一些常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法，可以幫忙讀者在設(shè)計(jì)初期注意規(guī)避實(shí)際使用中的一些可能會(huì)遇到的問(wèn)題，縮短調(diào)試的時(shí)間。

1. 認(rèn)識(shí)電源管理單元 （下面簡(jiǎn)稱PMU）

1.1 什么是PMU

PMU 是一個(gè)芯片，一般集成了電子系統(tǒng)需求的若干電源供應(yīng)，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)，同時(shí)可以滿足系統(tǒng)小型化的需求；

PMU 可以說(shuō)是隨著電子系統(tǒng)的電源需求復(fù)雜性和小型化需求一起發(fā)展起來(lái)的，今天PMU 的范圍不僅涵蓋了集成若干DC/DC 和LDO 的小型電源系統(tǒng)，也涵蓋了集成很多其他功能（比如充電器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，比較器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC 等）的比較完全的電源管理系統(tǒng)。

1.2 PMU 選擇的基本考慮

對(duì)于PMU，最基本的功能是給電子系統(tǒng)供電，所以首先看的是供電能力和時(shí)序，比如DC/DC，LDO 的數(shù)量以及電流的驅(qū)動(dòng)能力，默認(rèn)輸出電壓設(shè)置和上下電時(shí)序等能否滿足系統(tǒng)的要求。

其次看其他系統(tǒng)需要的輔助功能，比如需不需要電池充電管理，ADC，RTC，比較器等。·

當(dāng)然PMU 也不是越復(fù)雜，功能越全越好，考慮到系統(tǒng)布線，散熱，調(diào)試時(shí)間等多種因素，最滿足系統(tǒng)需求的PMU 才是最合適的。

2 LP3925介紹

2.1 LP3925 簡(jiǎn)介

LP3925 是非常靈活的可以調(diào)整電源電壓和時(shí)序的全功能的PMU，可以給TD-SCDMA 手機(jī)系統(tǒng)或者其他應(yīng)用處理器平臺(tái)供電。

3925 集成了3 路高性能的800mA 輸出電流的Buck 降壓變換器，4MHz 的工作頻率可以支持小尺寸的1uH 的電感應(yīng)用。其中兩個(gè)Buck 可以支持DVS（動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整）的功能。開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)序可以根據(jù)需要在生產(chǎn)時(shí)調(diào)整（具體調(diào)整范圍可以參考datasheet Page24， additional configuration options） 。

集成了15 路LDO，其中10 路通用的低噪聲LDO，3 路WILO（寬輸入低輸出wide input low output）LDO，1 個(gè)USB LDO 和一個(gè)低輸出電流的LDO；

集成了具有1.2A 的路徑管理（power route）功能的線性充電管理單元，支持28V OVP；

集成了具有2 個(gè)鬧鐘的RTC 模塊，2 個(gè)比較器和2 個(gè)TCXO 緩沖器，12bit 的ADC，備用電池充電管理等；

可以支持無(wú)電池開(kāi)機(jī)。

2.2 LP3925 datasheet 中幾個(gè)重點(diǎn)：

2.2.1 Buck/LDO 等功能模塊的使能控制（datasheet 13 和25 頁(yè)）：

對(duì)于每一個(gè)功能模塊，都有相對(duì)的4 位寄存器值來(lái)控制它的使能，這些對(duì)應(yīng)的寄存器可以在datasheet第13 頁(yè)找到。知道了寄存器地址，再去看如何設(shè)置這些寄存器的值。Datasheet 第25 頁(yè)的表格包含了詳細(xì)的使能信號(hào)控制模式，可以把第25 頁(yè)的表格理解成一個(gè)查找表，需要什么控制方式，在表中查找對(duì)應(yīng)的寄存器值。

首先每一個(gè)功能模塊對(duì)應(yīng)的寄存器位可以在第13 頁(yè)可以找到，寄存器地址從0x37 到0x41。

表 1： 電源使能控制方式選擇寄存器（ datasheet 13 頁(yè)）

其次，對(duì)應(yīng)的寄存器的4 位值控制了對(duì)應(yīng)模塊的使能方式，對(duì)于具體的值的定義可以在25 頁(yè)的表中出查到。

表2：寄存器0x37-0x41 控制信號(hào)查找表（ datasheet 25 頁(yè)）

下面以LDO1 為例，介紹各個(gè)模塊的控制方式： 在第13 頁(yè)可以看到LDO1 的控制方式對(duì)應(yīng)寄存器0x37的低4 位，這4 位的值從0H 到FH，LDO1 有不同的控制方式：比如0H 表示LDO1 是一直關(guān)閉的；2H表示LDO1 的使能關(guān)閉取決于寄存器0x00 的bit0 的值，如果寄存器0x00 bit0 是0b，LDO1 是關(guān)閉的，如果寄存器0x00 bit0 是1b，則LDO1 是使能的；8H 表示LDO1 的使能取決于Enable1 的電平；9H 表示LDO1 的使能取決于Enable2 的電平；Enable 的來(lái)源見(jiàn)下面的多功能引腳介紹。以此類推，可以得出其他功能模塊的控制方式。

2.2.2 多功能引腳：

Datasheet 第26 頁(yè)的表格包含了多功能引腳的詳細(xì)定義，對(duì)于每一個(gè)多功能引腳，都有相對(duì)應(yīng)的4位寄存器值來(lái)控制它的實(shí)際功能。同樣可以把第26 頁(yè)的表格理解成一個(gè)查找表。

首先每一個(gè)多功能引腳的功能定義對(duì)應(yīng)的寄存器位可以在第13 頁(yè)找到，寄存器地址從0x19 到0x23。

其次，對(duì)應(yīng)的寄存器的4 位值控制了對(duì)應(yīng)多功能引腳的實(shí)際功能，可以在第26 頁(yè)里面找到寄存器值和功能的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

下面以O(shè)SC_32KHz 為例，介紹各個(gè)多功能引腳的實(shí)際功能。在第13 頁(yè)可以看到OSC_32KHz 的功能控制對(duì)應(yīng)寄存器0x19 的低4 位，這4 位的值從0h 到Fh，OSC_32KHz 有不同的功能：比如0h 表示OSC_32KHz 是高阻態(tài)；1h 表示OSC_32KHz 是與PWR_ON 引腳電平信號(hào)相反的數(shù)字輸出引腳；2h 是比較器1 的輸出引腳；4h 是Enable1 信號(hào)；5h 是Buck1 的DVS 控制信號(hào)，7h 是ADC1的輸入引腳；8h-Fh 是32KHz 的時(shí)鐘輸出引腳。

表3： 0x19-0x23 多功能引腳功能控制寄存器（ datasheet 13 頁(yè)）

表 4： 寄存器 0x19-0x23 多功能引腳功能查找表（ datasheet 26 頁(yè)）

2.2.3 充電管理恒流到恒壓模式的轉(zhuǎn)換

在通常的描述里面，通常描述恒流到恒壓的的轉(zhuǎn)換電壓是電池的充電截止電壓，但是在實(shí)際的芯片設(shè)計(jì)中，充電電壓的檢測(cè)點(diǎn)經(jīng)常不是放在電池的引腳上，這樣充電過(guò)程中，由于充電器內(nèi)阻的關(guān)系，檢測(cè)點(diǎn)的電壓和電池引腳上的電壓會(huì)有一些差異，這就造成了在實(shí)際測(cè)試時(shí)，電池引腳上的電壓還沒(méi)有到充電截止電壓時(shí)，充電器就已經(jīng)由恒流轉(zhuǎn)換到恒壓模式了。下面這張圖是把datasheet 32 頁(yè)的圖優(yōu)化了一下，可以更好的幫助理解

圖1：充電管理電壓-電流曲線

2.2.4 電流宿（current sink）的設(shè)置：

在LP3925 里面，集成了3 個(gè)電流宿。Sink1 最大可吸收250mA 電流，Sink2/3 最大可以吸收100mA 電流。

· 電流宿的平均電流可以通過(guò)寄存器0x22 bit7:4，0x23，0x42 bit5:3 和0x52-0x54 來(lái)設(shè)置。

· 使用電流宿的首先要設(shè)置電流宿的最大電流，這在寄存器0x22 bit7:4，0x23 可以設(shè)置，每個(gè)電流宿用4 位 0H 到FH 來(lái)設(shè)置，具體的對(duì)應(yīng)電流可以在datasheet 第27 頁(yè)可以查到。比如0x22 bit7:4 如果為FH，表示設(shè)置電流宿1 的最大可以吸收電流是250mA；

· 其次就是設(shè)置電流宿的PWM 占空比。LP3925 里面和通常用的電流宿不一樣的地方在于LP3925 不是通過(guò)直接設(shè)置PWM 的占空比來(lái)控制電流的，可以通過(guò)一些換算來(lái)得到平均占空比。

· 首先時(shí)間被分為9 個(gè)大周期，而每一個(gè)大周期又包含了7 個(gè)小周期?？梢岳斫鉃闀r(shí)間被分成了63 個(gè)時(shí)隙，設(shè)置PWM code 的時(shí)候，就是往這63 個(gè)時(shí)隙里面填；

· 寄存器0x52 到0x54 bit5:0 分別設(shè)置電流宿1/2/3。寄存器值0 到63 剛好對(duì)應(yīng)63 個(gè)時(shí)隙。當(dāng)寄存器為0 時(shí)，電流宿關(guān)閉，當(dāng)寄存器為63 的時(shí)候，電流宿全部打開(kāi)。

· 具體填時(shí)隙的方式如下圖：

圖 2：電流宿占空比設(shè)置

3 LP3925應(yīng)用注意事項(xiàng)：

3.1 Layout 注意事項(xiàng)：

詳細(xì)的layout 注意事項(xiàng)可以參考datasheet，下面是一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

對(duì)于buck：

· 到負(fù)載的電流，從輸出電容的上過(guò)；

· 輸入輸出電容的地和buck 的GND 引腳需要有很好的地的連接。這三個(gè)中輸入電容的地和buck 的地引腳更重要，需要保證最小的回流路徑；同時(shí)通過(guò)盡量多的過(guò)孔連接到主地；

· 當(dāng)同一個(gè)buck 的輸入輸出電容的地以及buck 的地非?？拷臅r(shí)候，可以采用星型連接下主地；但是當(dāng)他們不是很靠近的時(shí)候，首先要保證盡量快的連接到主地；

· 輸入電容需要靠近VINB 引腳，輸出電容需要靠近電感；

· SW 連線需要盡量粗也盡量短；

· Buck 的反饋線需要從輸出電容上拉回到芯片，不能從電感上拉回；另外，反饋線需要盡量遠(yuǎn)離SW線；當(dāng)不能遠(yuǎn)離的時(shí)候，和SW 線盡量走成交叉線。反饋線最好能夠有地線或者地平面做保護(hù)；

· 不同的buck 的電容地和buck 地，盡量使用不用的過(guò)孔連接到主地，特別是輸出電容的地，防止buck 之間相互干擾；

對(duì)于LDO：

· 相對(duì)于buck 的電容電感，LDO 的輸入輸出電容沒(méi)有那么要求苛刻；

· 對(duì)于LDO 來(lái)說(shuō)，在條件允許的情況下，輸入輸出電容盡量靠近輸入輸出引腳，并且以輸入電容優(yōu)先；

· LP3925 的通用LDO 加入了創(chuàng)新技術(shù)，可以支持輸出遠(yuǎn)端電容（remote cap）的應(yīng)用。當(dāng)負(fù)載距離

· LDO 輸出10cm 以內(nèi)，并且負(fù)載端已經(jīng)接了1uF 以上的電容的時(shí)候，通?？拷麹DO 輸出引腳的輸出電容可以省略。

3.2 各個(gè)功能模塊應(yīng)用注意點(diǎn)

3.2.1 Buck 降壓轉(zhuǎn)換器

通常來(lái)說(shuō)，buck 是比較容易被干擾和產(chǎn)生干擾的部分，一是因?yàn)槠鋬?nèi)部有很多小信號(hào)，二是因?yàn)樗旧碛?MHz 的開(kāi)關(guān)，容易產(chǎn)生干擾。為了降低干擾，首先layout 需要特別注意，layout 的注意事項(xiàng)可以參考上節(jié)。 其次，在設(shè)計(jì)上建議增加抗干擾的方案，在Buck 的輸出到負(fù)載之間，加磁珠是降低干擾的很有效的方法。

圖3：Buck 輸出結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 電流宿（current sink）

一般來(lái)說(shuō)，電流宿可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)鍵盤的背光LED，LCD 的背光LED 或者振動(dòng)馬達(dá)。但是需要注意的是，電流宿不能驅(qū)動(dòng)比較大的感性負(fù)載（比如測(cè)試用的繞線電阻）。

3.2.3 實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）供電

LP3925 的RTC 部分通過(guò)VCOIN 引腳供電，當(dāng)使用的備份電池過(guò)放的時(shí)候，即使系統(tǒng)加入主電池，VCOIN引腳電壓仍然可能會(huì)低于RTC 正常的最低工作電壓（1.9V）。當(dāng)PMU 開(kāi)機(jī)的時(shí)候，如果VCOIN 引腳的電壓低于1.9V，LP3925 會(huì)鎖定實(shí)時(shí)時(shí)鐘和IIC 直接的通信接口，造成系統(tǒng)不能和實(shí)時(shí)時(shí)鐘部分通信。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以在備份電池和VCOIN 引腳之間加一個(gè)約47Kohm 的電阻，通過(guò)50uA 的備份電池充電電流把VCOIN 引腳的電壓保持在2V 以上，保證系統(tǒng)在任何備份電池的電壓下，RTC 部分都能夠正常工作。

圖4：備份電池連接電路

3.2.4 充電管理（charger）模塊

LP3925 的充電管理模塊支持電流路徑管理的應(yīng)用，也就是說(shuō)在外部充電器（交流適配器或者USB 輸入）的輸出負(fù)載能力足夠的時(shí)候，充電管理首先會(huì)滿足系統(tǒng)對(duì)電流的需求，其次再滿足電池的充電需求。這個(gè)功能的好處是可以減少電池的頻繁充放電，而且可以盡量滿足電池的充電電流穩(wěn)定。另外，電流路徑管理還支持把VDD 和VBATT 支路分開(kāi)，這樣當(dāng)電池過(guò)放電時(shí)，系統(tǒng)仍然可以在低電池電壓下開(kāi)機(jī)。為了滿足電池的充電電流盡量穩(wěn)定，建議外部充電器的輸出能力比需要的電池恒流充電電流大，最好大300mA 以上。在LP3925 的寄存器里面，IDCIN 設(shè)置的電流也應(yīng)該比IBATT 設(shè)置的電流大300mA 以上。當(dāng)外部充電器的電流輸出負(fù)載能力比較低（比如500mA）而同時(shí)又需要電池恒流充電電流比較高，沒(méi)有辦法保證300mA 電流差值的情況下，需要仔細(xì)地優(yōu)化IDCIN 和IBATT 的參數(shù)設(shè)置。調(diào)試時(shí)，可以先將目標(biāo)IDCIN 設(shè)置到外部充電器的額定電流，同時(shí)IBATT 比IDCIN 小一個(gè)等級(jí)50mA，然后同時(shí)逐級(jí)降低IDCIN 和IBATT 電流，直到找到使得系統(tǒng)充電能夠穩(wěn)定工作的目標(biāo)IDCIN 和IBATT 值。

4 結(jié)論：

LP3925 是一個(gè)功能完全，配置靈活的PMU，可以滿足多種手機(jī)平臺(tái)的電源需求。配合合適的軟件，硬件設(shè)計(jì)，可以大大減小產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速的上市需求。另外LP3925 已經(jīng)在聯(lián)芯科技的LC1808 等多個(gè)TD-SCDMA 手機(jī)平臺(tái)上量產(chǎn)，是一個(gè)成熟的電源管理單元。