自動(dòng)斷電的CPLD

今天,大多數(shù)的CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件）都采用可減少功耗的工作模式,但當(dāng)系統(tǒng)未使用時(shí),應(yīng)完全切斷電源以保存電池能量,從而實(shí)現(xiàn)很多設(shè)計(jì)者的終極節(jié)能目標(biāo)。圖1描述了如何在一片CPLD 上增加幾只分立元件,實(shí)現(xiàn)一個(gè)節(jié)省電池能量的系統(tǒng)斷電電路。在本例中,使用的CPLD是Altera EPM570-T100。使用一只外接P溝道MOSFET Q1和一只國(guó)際整流器公司(www.irf.com) 的IRLML6302（或等效器件）,構(gòu)成IC1 CPLD的一個(gè)電源控制開關(guān)。CPLD和開關(guān)矩陣控制著MOSFET的柵極,當(dāng)用戶按下一個(gè)開關(guān)時(shí),在Q1上施加開關(guān)的偏壓。CPLD內(nèi)帶一個(gè)嵌入的計(jì)時(shí)器,用于監(jiān)控開關(guān)和系統(tǒng)的工作。當(dāng)系統(tǒng)處在一個(gè)特定的不工作周期內(nèi)時(shí),計(jì)時(shí)器會(huì)去掉 MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng),使CPLD以及連接到MOSFET上的其它元器件斷電。

　　Q1的源極連接到電池的正極,其漏極連接到IC1的VCC(INT)、VCC(IO1)和VCC(IO2)電源腳和其它需要斷電控制的元件。當(dāng)電源斷開時(shí),一只1kΩ的上拉電阻R3將Q1的柵源電壓保持在0V,維持其關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)切斷IC1電源時(shí),它通過CPLD的斷電管腳建立一個(gè)對(duì)地的泄漏路徑。EPM570T100帶有熱插保護(hù),可將任何用戶可接觸器件的I/O腳限流在 300mA 以下。因此,即使在最差情況下,R3上產(chǎn)生的I/O腳電壓也不會(huì)達(dá)到FET的0.7V最小柵極閾值導(dǎo)通電壓。

　　按下任何開關(guān)都會(huì)通過開關(guān)的觸點(diǎn)以及相應(yīng)的二極管建立一個(gè)電流路徑,因此在R3上產(chǎn)生約2.3V的柵源偏壓,這個(gè)電壓足以在約100ms時(shí)間內(nèi)使Q1導(dǎo)通,并為IC1供電。當(dāng)激活機(jī)械開關(guān)時(shí),它們的最小導(dǎo)通時(shí)間至少為3ms,而一個(gè)典型的操作員的按/放時(shí)間至少要30ms。由于人的響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較慢,在操作者松開開關(guān)以前,CPLD可以完成導(dǎo)通、復(fù)位內(nèi)部電路,并將使Q1導(dǎo)通的斷電管腳維持在邏輯零狀態(tài)。

　　除了用戶設(shè)定的應(yīng)用邏輯以外（圖中未畫）,CPLD的電源控制邏輯增加了一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的庫(kù)宏電路,它由Altera的Quartus II開發(fā)工具生成。內(nèi)部的4.4MHz±25%振蕩器Altufm_osc驅(qū)動(dòng)一個(gè)模塊化44 million LPM（庫(kù)參數(shù)化模塊）計(jì)數(shù)器。CPLD應(yīng)用邏輯產(chǎn)生的邏輯低電平信號(hào)或關(guān)閉任何開關(guān)時(shí)都會(huì)使計(jì)數(shù)器復(fù)位。當(dāng)復(fù)位計(jì)數(shù)器時(shí),它的執(zhí)行信號(hào)變低,驅(qū)動(dòng)外接的斷電管腳。當(dāng)去掉復(fù)位時(shí),反相的執(zhí)行信號(hào)會(huì)重新開始 LPM 計(jì)數(shù)器的運(yùn)行。

　　如果所有開關(guān)均為開,應(yīng)用邏輯為不工作狀態(tài),則計(jì)數(shù)器在約10秒內(nèi)計(jì)數(shù)到4400萬,然后內(nèi)部執(zhí)行信號(hào)變高電平,關(guān)斷計(jì)數(shù)器,并保持執(zhí)行信號(hào)為高電平。接下來,斷電管腳向VCC爬升,當(dāng)斷電管腳電壓達(dá)到2.3V時(shí)關(guān)斷Q1。關(guān)斷CPLD的電源會(huì)使斷電管腳進(jìn)入三態(tài)（或不連接）模式,而R3使Q1保持關(guān)斷。

　　用戶可以使用符合JTAG標(biāo)準(zhǔn)的命令,用一根下載電纜連接到一個(gè)廠家定義的10腳插頭上,對(duì)EPM570-T100進(jìn)行配置。該過程需要在配置前、中、后按一個(gè)外接的開關(guān),以保證CPLD能在配置過程中獲得電源?？梢酝ㄟ^改變計(jì)數(shù)器的模塊,將不工作時(shí)間設(shè)置為任何需要的值。雖然電源、地和JTAG信號(hào)都使用專用的器件管腳,但也可以將任何通用CPLD I/O腳設(shè)定為開關(guān)輸入和斷電輸出。

　　如果你的應(yīng)用需要一個(gè)按鍵開關(guān)矩陣,則可以用n個(gè)二極管搭成一個(gè)nxm開關(guān),進(jìn)行有效的上電檢測(cè)（圖2）。在本例中,一排排開關(guān)通過二極管D1~D4連接到MOSFET的柵極。電阻R8~R11為每行開關(guān)提供一個(gè)對(duì)地通路,并只在開關(guān)閉合時(shí)承載電流,使行輸入為低電平,同時(shí)保證只消耗最小的電源電流。

　　當(dāng)用戶按壓任一開關(guān)時(shí),Q1的柵極為低電平,CPLD接通。在用戶釋放開關(guān)以前,一個(gè)快速的CPLD上電例程,掃描開關(guān)陣列的各行和各排,以確定用戶按下的是哪個(gè)開關(guān)。并且重置信號(hào)復(fù)位LPM計(jì)數(shù)器的不工作定時(shí)器。