一、簡介

????????電源管理芯片（Power Management Integrated Circuits，簡稱PMIC）是一種集成電路，它的主要功能是在電子設(shè)備系統(tǒng)中對(duì)電能進(jìn)行管理和控制，包括但不限于以下幾點(diǎn)：

1. 電壓轉(zhuǎn)換：將電源電壓轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備各部分所需的適當(dāng)電壓水平，包括升壓（Boost）、降壓（Buck）和升降壓（Buck-Boost）轉(zhuǎn)換。

2. 電流控制：控制和限制流向電子設(shè)備各部分的電流，以保護(hù)組件免受過電流損害。

3. 電源軌管理：管理多個(gè)電源軌，為不同的部分提供穩(wěn)定的電能控制。電源軌指電路板上傳輸電力的線路。

4. 電源監(jiān)控：提供過電壓、欠電壓、過電流、過熱和短路保護(hù)，以防止電子設(shè)備損壞。

5. 能量轉(zhuǎn)換和效率優(yōu)化：通過高效的電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，減少能量損耗，提高能源利用效率。

6. 遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)：通過通信接口（如I2C、SPI、PMBus等）允許遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)電源狀態(tài)。

7. 故障診斷：提供故障檢測(cè)和報(bào)告功能，幫助診斷和定位電源相關(guān)問題。

8. 時(shí)序控制：在復(fù)雜的電子系統(tǒng)中，確保電源的上電和下電按照正確的時(shí)序進(jìn)行，以避免啟動(dòng)錯(cuò)誤或損壞硬件。

9. 集成化：將多種電源管理功能集成在一個(gè)芯片上，以減少外部元件數(shù)量，節(jié)省空間，降低成本。

10. 可編程和可配置：允許通過軟件配置電源管理參數(shù)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

二、分類

????????電源管理芯片可劃分為AC/DC(交流轉(zhuǎn)直流)、DC/DC(直流轉(zhuǎn)直流)、驅(qū)動(dòng)I、保護(hù)芯片、LDO、負(fù)載開關(guān)、PMIC等。

????????常見的電源主要分為車載與通訊系列、通用工業(yè)與消費(fèi)系列，前者的使用的電壓一般為48V、36V、24V等，后者使用的電源電壓一般在24V以下。
????????不同應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)律不同，如PC中常用的是12V、5V、3.3V，模擬電路電源常用5V、15V，數(shù)字電路常用3.3V、2.5V等，現(xiàn)在的FPGA、DSP還用2V以下的電壓，諸如1.8V、1.5V、1.2V等。

三、電壓監(jiān)控

????????ADCMP361是一款內(nèi)置基準(zhǔn)電壓的雙極性輸出、±0.275%精度的比較器 。由于ADCMP361內(nèi)置400mV高精度基準(zhǔn)電壓源，因此可以精確的監(jiān)控非常低的電壓，例如0.9V 的電壓軌。其中，每路電壓軌都使用獨(dú)立的電路。電阻分壓器將電壓軌按比例降低，并為每一路電源設(shè)置一個(gè)欠壓跳變點(diǎn)。所有的輸出被連接在一起，產(chǎn)生通用電源良好信號(hào)。

????????在這個(gè)例子中，1 V穩(wěn)壓電源實(shí)際的電壓范圍是0.97 V～1.03 V。微處理器可接受的核心電壓是1 V (±5%)，即0.95 V～1.05 V。因此，欠壓監(jiān)控范圍為2%。而ADM13305、ADM13307與ADM1184的可調(diào)輸入在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的精度高達(dá)±0.8%，電阻分壓器的精度為±0.1%，這使得欠壓電平監(jiān)控精度范圍能保持在2%以內(nèi)。

四、時(shí)序控制

????????當(dāng)需要監(jiān)控多路電壓軌時(shí)，會(huì)需要更多的不只是用于簡單監(jiān)控電壓的監(jiān)控IC。例如，考慮一個(gè)常見的電源時(shí)序控制需求：FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）制造商規(guī)定，在向器件提供5V I/O（輸入/輸出）電壓之前，必須先施加3.3V的內(nèi)核電壓，并持續(xù)至少20ms，以避免器件上電時(shí)受到損壞。

電源定序方法

????????通常有三種類型的多軌定序。

????????最常用的方法是順序定序，這種方法是先接通一個(gè)電源軌，然后延時(shí)，然后再接通下一個(gè)電源軌。設(shè)置延時(shí)的目的是確保第一個(gè)電源軌在第二個(gè)電源軌啟動(dòng)之前達(dá)到穩(wěn)壓。

????????第二種定序技術(shù)是比率定序。在該技術(shù)中，電源軌會(huì)同時(shí)啟動(dòng)并同時(shí)達(dá)到各自的額定電壓。這就需要電源軌上升時(shí)間與電源軌電壓成正比，才能同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

????????有些器件可能無法承受達(dá)到穩(wěn)壓之前發(fā)生的瞬時(shí)電壓差。而這可能導(dǎo)致器件在此期間在一個(gè)電源上消耗更高的電流。

????????第三種方法是同時(shí)啟動(dòng)，這種方法可以最大限度地減少瞬時(shí)電壓差，并且可以減少這些壓力的規(guī)模和周期。實(shí)施這種方法的一種常見方式是同時(shí)上電，即：電壓軌以相同速率一起上升，較高的電壓軌（通常是 I/O 電壓軌）在較低電壓軌或內(nèi)核電壓軌達(dá)到其最終值后繼續(xù)上升。

????????不論采用哪種技術(shù)，電壓均須以單調(diào)方式上升。否則，器件可能會(huì)因啟動(dòng)期間電壓意外下降而無法正確初始化。

????????另外，可以使用軟啟動(dòng)來限制啟動(dòng)期間的涌流。這種做法可以限制啟動(dòng)期間的電流，從而允許啟動(dòng)時(shí)逐漸對(duì)電源軌電容進(jìn)行充電。

????????電源關(guān)斷順序通常被指定成與啟動(dòng)順序相反。

????????選擇使用何種啟動(dòng)或關(guān)斷技術(shù)應(yīng)取決于器件的規(guī)格。

分立器件實(shí)現(xiàn)基本的時(shí)序控制

????????此處采用邏輯閾值而不是比較器。12V和5V電源軌是由其它電路產(chǎn)生的。為了確保系統(tǒng)能夠正確工作，必須引入一段時(shí)間延遲。這里是通過使用RC（電阻電容）電路來緩慢升高與5V電源串聯(lián)的N溝道FET的柵極電壓而實(shí)現(xiàn)的。所選用的RC值可確保FET在達(dá)到閾值電壓并導(dǎo)通之前能獲得足夠的延遲時(shí)間。3.3V和1.8V電源軌是由線性穩(wěn)壓器ADP120和ADP130產(chǎn)生的。這些電壓的上電時(shí)間也是利用RC來進(jìn)行時(shí)序控制的。由于RC能驅(qū)動(dòng)每個(gè)LDO的EN（使能）引腳，因此無需串聯(lián)FET。選定的RC值要確保在EN引腳上的電壓爬升到其閾值之前有足夠的延遲時(shí)間（t2,t3）。

????????這種簡單、低成本的電源時(shí)序控制方法只占用很少的電路板面積，因此可用于多種應(yīng)用。這種方法適合于成本是主要考慮因素、時(shí)序要求很簡單，且時(shí)序控制電路的精確性不是十分重要的系統(tǒng)。但許多情況需要比RC延遲電路更高的精確性。此外，這種簡單的解決方案也不允許以結(jié)構(gòu)化的方法處理故障（例如，一個(gè)5V電源失效最終將影響到其它電源軌）。

利用IC進(jìn)行時(shí)序控制

????????使用電源時(shí)序控制器 ADM6820和ADM1086精確且可靠地對(duì)系統(tǒng)中的電源軌進(jìn)行時(shí)序控制。內(nèi)部比較器檢測(cè)電壓軌何時(shí)會(huì)超過精密的設(shè)定電平，經(jīng)過可編程的上電延遲之后，產(chǎn)生輸出，使線性穩(wěn)壓器ADP120和ADP130能按照期望的時(shí)序工作。閾值通過電阻比值來設(shè)定，延遲通過電容來設(shè)定。

五、狀態(tài)機(jī)

????????如下圖，還是以雙PMIC電源管理模塊舉例。PDN 在輸入電源和 PMIC 之間有一個(gè)串聯(lián)的外部功率模塊FET。FET前后的電壓由PMIC監(jiān)控，PMIC通過OVPGDRV管腳控制FET。前文所示的MCU 和主 I/O 域供電的負(fù)載開關(guān)、DDR 供電的分立式降壓以及為 EFUSE 供電的分立式 LDO 都連接在 FET 之后，這樣可以延長對(duì)這些處理器域和分立電源過電壓保護(hù)的能力。當(dāng)在輸入電源上檢測(cè)到大于6V 的過壓這一事件時(shí)，連接外部處理器的端口FET 可以將其串聯(lián)的設(shè)備與PMIC進(jìn)行快速隔離，以便保護(hù)包括來自FET輸出的所有電源軌系統(tǒng)免受損壞。當(dāng)然，在FET上游連接的任何電源也都不受過壓事件的保護(hù)。

數(shù)字信號(hào)的連接允許系統(tǒng)功能，包括MCU Only下僅使用 MCU 安全島和掛起至 RAM 低功耗模式，功能安全性高達(dá) ASIL-D，兼容雙電壓 SD 卡操作和LPDDR4x 集成。處理器和 PMIC 器件之間需要有相應(yīng)的數(shù)字控制信號(hào)映射。對(duì)于兩個(gè)PMIC設(shè)備一起工作時(shí)，主 PMIC 和輔助 PMIC 必須建立 SPMI 通信渠道。這允許兩個(gè) TPS6594-Q1 同步其內(nèi)部預(yù)配置狀態(tài)機(jī)（PFSM）以便它們作為一個(gè) PFSM 在所有電源和數(shù)字資源中運(yùn)行，TPS6594-Q1上的GPIO_5 和 GPIO_6 引腳分配可以用于此功能。此外，主 PMIC LDOVINT 引腳需要連接到二次 PMIC ENABLE 輸入就可以正確啟動(dòng)該預(yù)置的有限狀態(tài)機(jī) PFSM。

在下圖中，顯示了已配置的 PDN 電源狀態(tài)，以及在兩者之間移動(dòng)的轉(zhuǎn)換條件。此外，還顯示了到硬件狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，例如 SAFE RECOVERY 和 LP_STANDBY（Low Power Standby），硬件狀態(tài)是固定設(shè)備電源有限狀態(tài)機(jī) (FSM) 的一部分。

????????當(dāng) PMIC 從 FSM 轉(zhuǎn)換到 PFSM 時(shí)，會(huì)執(zhí)行多個(gè)初始化指令。比如禁用看門狗（BUCK）功能，以及對(duì)LDO 穩(wěn)壓器上的剩余電壓進(jìn)行檢查，然后設(shè)置 FIRST_STARTUP_DONE 位。執(zhí)行這些指令后，PMIC 在進(jìn)入 ACTIVE 狀態(tài)之前等待有效的 ON 觸發(fā)請(qǐng)求（SU_ACTIVE 觸發(fā)器）。

????????在電源配置網(wǎng)絡(luò)PDN 中，PMIC 設(shè)備具有四種配置的電源狀態(tài)。主要包含以下基礎(chǔ)的狀態(tài)設(shè)置外，在電源管理模塊中還設(shè)置了如何從其他硬件狀態(tài)中跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的PMIC主狀態(tài)中。

????????每個(gè)電源狀態(tài)的定義如下所述。

? Standby（待機(jī)）：此時(shí)電源管理系統(tǒng)PMIC 由系統(tǒng)電源軌 (VCCA > VCCA_UV) 上的有效電源供電，所有設(shè)備資源都在 STANDBY 狀態(tài)下斷電。EN_DRV 在此狀態(tài)下被強(qiáng)制置位為低電平，處理器處于關(guān)閉狀態(tài)，沒有電壓域通電?？梢赃x擇使用主TPS6594-Q1 EN_DRV引腳來指示已檢測(cè)到錯(cuò)誤，確保系統(tǒng)正在進(jìn)入SAFE狀態(tài)。如果系統(tǒng)具有一些需要由錯(cuò)誤事件驅(qū)動(dòng)的附加外部電路，則可以利用該信號(hào)。

????????任何其他運(yùn)行狀態(tài)均可以通過立即或間歇性的關(guān)閉條件（OFF Request）進(jìn)入Standby狀態(tài)。而如果出現(xiàn)嚴(yán)重或者中等錯(cuò)誤時(shí)，電源管理系統(tǒng)將從Standby狀態(tài)跳到安全回收狀態(tài)和低功耗的待機(jī)狀態(tài)LP_Standby。

? Active（激活）：在激活狀態(tài)下，PMIC可以直接對(duì)相應(yīng)的ECU進(jìn)行有源供電。此狀態(tài)下PMIC 功能最為齊全，可為所有分布式電源網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)負(fù)載供電。此時(shí)，各處理器已按照推薦的上電順序完成對(duì)應(yīng)模塊的上電操作。從智駕系統(tǒng)看，其對(duì)應(yīng)所有的電壓域在MCU和主處理器SOC部分均已通電。

????????激活期間可能出現(xiàn)由于ESM故障或看門狗故障導(dǎo)致的熱重啟，該重啟過程不會(huì)改變整個(gè)電源管理控制狀態(tài)，熱重啟后仍然保持在Active狀態(tài)。

????????如果該激活狀態(tài)下接收到外部發(fā)送得請(qǐng)求進(jìn)入輕睡眠指令后，系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)至MCU Only狀態(tài)，該狀態(tài)下系統(tǒng)只啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的MCU模塊來進(jìn)行相應(yīng)的指令運(yùn)算。

? MCU Only（僅MCU模式）：MCU Only模式是狹義上針對(duì)諸如TDA4這一類超異構(gòu)芯片所單獨(dú)開發(fā)的低功耗模式，顧名思義，在該模式下，智駕系統(tǒng)中央域控只啟動(dòng)MCU模塊進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算控制。廣義上，純異構(gòu)芯片架構(gòu)組成的智駕域控系統(tǒng)也存在MCU Only模式。只是相對(duì)于超異構(gòu)芯片這種模式的架構(gòu)來說，純異構(gòu)芯片架構(gòu)在電源控制這一塊上，相對(duì)更加簡單可控。因?yàn)楦鱾€(gè)芯片本身的構(gòu)造在電源樹上就是完全解耦的。

????????當(dāng)然，從供電邏輯上講，整個(gè)MCU Only模塊也需要電源管理模塊PMIC 直接進(jìn)行有源供電。此時(shí)，分配給處理器 MCU Only工作模塊的導(dǎo)軌電源資源將被動(dòng)開啟。

????????此外，MCU ONLY 模式的另一種特殊情況是由于SOC電源錯(cuò)誤而進(jìn)入該狀態(tài)。在這種情況下，PMIC 無法轉(zhuǎn)換到活動(dòng)狀態(tài)或其他狀態(tài)，直到處理器有意將 PMIC專門用于 MCU ONLY 狀態(tài)控制。在觸發(fā)TO_MCU 這一啟動(dòng)時(shí)序并“重新進(jìn)入”MCU ONLY 狀態(tài)后，PMIC 可以轉(zhuǎn)換回 ACTIVE 狀態(tài)。

????????對(duì)于MCU Only模式下，仍然可以在ESM故障或看門狗故障導(dǎo)致的熱重啟后保持在MCU Only狀態(tài)。同時(shí)，MCU Only 狀態(tài)也可以被重新喚醒進(jìn)入到正常激活狀態(tài)Active。

? Suspend-to-RAM （懸置存儲(chǔ)）：這種狀態(tài)是專門考慮到智駕系統(tǒng)在很多情況下只在對(duì)運(yùn)算的中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的過程中的情況。這種情況更多的是系統(tǒng)掛起后進(jìn)入簡單的讀寫操作，占用的系統(tǒng)資源也主要是邏輯CPU運(yùn)算資源。此階段也要求PMIC 直接進(jìn)行有源供電，只有3個(gè)SoC的三個(gè)存儲(chǔ)電壓域保持通電即可，而所有其他域都關(guān)閉以最大限度地降低系統(tǒng)總功耗。EN_DRV 在此狀態(tài)下強(qiáng)制為低電平。

????????懸置存儲(chǔ)狀態(tài)可以在用戶重新觸發(fā)激活指令（即WKUP 0—>1）時(shí)，將重新控制電源輸入從而進(jìn)入正常的電源供電狀態(tài)。

參考資料

https://mp.weixin.qq.com/s/aXUCDdDWHjxunMFnrRHO_A

UC3842電源管理芯片詳細(xì)解讀-CSDN博客

電源管理芯片8個(gè)引腳功能解析_電源管理芯片-中芯巨能

電源軌概念講解-CSDN博客

智駕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)瓶頸之：電源管理設(shè)計(jì)中的功能安全和狀態(tài)機(jī)_csdn 電源狀態(tài)機(jī)-CSDN博客

技術(shù)深入了解：電源管理——原理、問題和器件-AET-電子技術(shù)應(yīng)用

https://www.digikey.cn/zh/articles/controlling-startup-and-shutdown-power-sequences