时钟和电源.

Presentation on theme: "时钟和电源."— Presentation transcript:

1 时钟和电源

2 基本时钟电路 时钟产生电路 定时器的介绍和使用 实时时钟电路RTC 时钟线布线注意事项

3 时钟产生电路 时钟信号的产生 1、振荡器（Oscillator） 将晶体、激励电路和负载电容集成在一起，直接输出时钟信号
无需外加振荡电路，有源器件 2、石英晶体（Crystal） 石英晶体器件，在合适的激励下以固有频率振荡 需要外加振荡电路，无源器件

4 时钟产生电路 振荡电路 为晶体提供激励和整形 锁相环电路（PLL） 用于对输入时钟信号进行分频或倍频

5 各种晶振 1、从外形上，一般分为插件（Dip）和贴片（SMD）式晶振，插件式晶振如柱状晶振、音叉型晶振等；
2、从不同的应用层面上，又可分为OSC（普通晶振）、TCXO（温补晶振）、VCXO（压控晶振）、OCXO（恒温晶振）等等。

6 各种晶振 插件（Dip）式晶振 贴片（SMD）式晶振

7 各种晶振

8 各种晶振 普通晶体振荡器(SPXO) 一种简单的晶体振荡器，完全是由晶体的自由振荡完成。 这类晶振主要应用于稳定度要求不高的场合。

9 各种晶振 温度补偿晶体振荡器(以下简称TCXO)

10 各种晶振 恒温晶体振荡器(以下简称OCXO) 恒温晶体振荡器原理框图

11 各种晶振 电压控制晶体振荡器（VCXO） 一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器 主要用于锁相环路或频率微调。
压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合。

12 晶振的测量 电压法：加电后，用万用表分别测晶振两引脚电压。正常情况下两引脚电压会不一样，叫压差。 测频率：用频率计 波形法：用示波器
对地电阻值：红笔接地，黑笔测两引脚，读数为 欧姆之间为正常。

13 晶振的好坏判断 测电压，如果无压差，晶振坏 用示波器，如果有电压，无波形，晶振坏 对地阻值，读数在300～800欧姆之外，晶振坏

14 可配置时钟芯片 对于不带PLL和内部振荡电路，但有需要时钟输入的器件，时钟的提供 振荡电路+晶体：价格便宜，驱动能力差，频率范围小
振荡器：电路简单，成本高，频率固定 可编程时钟芯片：电路简单，多时钟输出，灵活，驱动能力强，成本较高 可编程时钟芯片如CY22381 3个独立PLL，3个时钟输出引脚

15 可编程时钟芯片CY22381

16 可编程时钟芯片CY22381

17 时钟线布线注意事项 晶振、负载电容、PLL滤波电容应尽可能靠近时钟器件 在靠近时钟源的一端串接10-50欧姆端接电阻，以改善时钟传输波形
时钟线在允许的情况下应该适当加粗 时钟线在允许的情况下应尽可能与其他走线分开，尤其是大电流或者高速信号线，如有可能应给时钟线加上接地屏蔽 如果时钟连接到多个器件，在离时钟源的远端可以加上缓冲做整形

18 时钟线的布线 在时钟源端加入了匹配电阻 时钟线周围加上包地屏蔽

19 S3C2440 的时钟电路 2440使用的时钟源：主时钟源来自外部晶振（XTlpll）或一个外部时钟（EXTCLK），时钟发生器包括一个与外部晶振连接的震荡器，同时也有两个锁相环，用于产生S3C2440A需要的高频率时钟。 Fclk 最高达 400MHz Hclk 最高达 136MHz Pclk 最高达 68MHz

20 S3C2440 的时钟电路

21 S3C2440 的时钟电路

22 S3C2440 的时钟电路 锁相环电路

23 2440中需要时钟的部分 CPU时钟 定时器 DMA控制器 AD转换 通用串行接口 等

24 时钟源选择 模式控制引脚（OM3，OM2）不同组合与时钟源的关系。

25 电源管理与设计 电源管理状态图

26 不同模式下的时钟与电源状态

27 Sleep模式下的电源分配

28 电源设计 系统供电电源种类 电源芯片种类及选型 电源监控的作用 电源系统布线注意事项

29 系统供电电源种类 在嵌入式系统中一般需要的电源种类 核心电源 IO电源 模拟电源及其他，如LCD背光电源 数字地 模拟地

30 S3C2440的电源供给 内核采用1.3V供电 存储单元采用3.3V供电 I/O采用独立3.3V供电 移动SDRAM采用1.8/2.5V供电

31 电源之间的连接 模拟电源电压和数字电源电压不同 分别供电，采用不同的稳压电路 模拟电源电压和数字电源电压相同
采用同一稳压电源，数字电源供电经过电感滤波作为模拟电源 数字地与模拟地 通过电感滤波连接在一起 直接连接

32 电源之间的连接

33 电源系统种类 线性稳压源 LDO 电路简单，成本低，100mA压差70-80mV，效率相对较低 内部调整管工作在线性状态而得名 开关稳压电源
内部有一个工作在开关状态的MOSFET 升压型和降压性，可获得负压，效率高 价格较高，外部电路复杂 电荷泵 获取反转电压电路简单，转换效率高 利用电容的充放电实现电荷转移

34 线性稳压源 LDO 固定电压输出、可调电压输出 单路电压输出、多路电压输出 一般线性降压芯片功率消耗：(Vin-Vout)*I
效率一般在70%以下

35 线性稳压源 LDO 可调LDO电路LT1086-ADJ Vout = 1.25*(1+R2/R1)

36 LM1085

37 LT1086

38 开关电源 DC/DC Controller 外围电路复杂 转换效率高，输出电流大

39 LT1339

40 开关电源 DC/DC 模块 使用简单，模块化 高效、大电流 价格昂贵

41 PT6400

42 电荷泵 实现电压的反转以获取负压 转换效率一般在90%以上 外围电路简单，一般只需2-4个电容 主要用于LCD背光电路或偏置负压

43 MAX864 概述 The MAX864 CMOS, charge-pump, DC-DC voltage converter produces a positive and a negative output from a single positive input, and requires only four capacitors. The charge pump first doubles the input voltage, then inverts the doubled voltage. The input voltage ranges from +1.75V to +6.0V. The internal oscillator can be pin-programmed from 7kHz to 185kHz, allowing the quiescent current, capacitor size, and switching frequency to be optimized. The 55Ω output impedance permits useful output currents up to 20mA. The MAX864 also has a 1µA logic-controlled shutdown. The MAX864 comes in a 16-pin QSOP package that uses the same board area as a standard 8-pin SOIC. For more space-sensitive applications, the MAX865 is available in an 8-pin µMAX® package, which uses half the board area of the MAX864 关键特性 Requires Only Four Capacitors Dual Outputs (Positive and Negative) Low Input Voltages: +1.75V to +6.0V 1µA Logic-Controlled Shutdown Selectable Frequencies Allow Optimization of Capacitor Size and Supply Current

44 几种电源芯片

45 电源监控的作用 当电源电压低于器件的电压需求门限时，系统不能正常工作 在系统出现了非正常工作状态时，应该对系统进行复位
WDT 主要用于软件错误，例如程序跑飞等 电源监控，用于供电系统导致的故障

46 TPS3307-33 介绍 可监控三路电压 内置参考电压1.25V 固定延时200ms - 用于DSP和微处理器系统的三端监控电路
- 带温度补偿的电压基准 - 最大电源电流40A - 电源电压范围2 V to 6 V - RESET在VDD大于1.1V时开始复位输出有效 - MSOP-8 和 SO-8 封装 - 温度范围-40Cto 85C

47 TPS 电路图

48

49 电源设计的问题 电源效率要求 多电压电源系统的上电次序 系统功率要求（最大电流） 电源成本和复杂程度 可以免费电源设计软件
TI的SWIFT软件 National的WEBENCH

50 RT9902 DC-DC

51 RT9701 是一个 100mΩ 电源开关，设计用于自供电 (self-powered) 和总线供电 (bus- powered) 的通用串行总线 (USB) 应用。一个内置的电荷泵来驱动没有寄生 body-diode 的 N-Channel MOSFET 来消除关机时的任何反向电流。IC 的低静态电流 (23μA) 和小封装 (SOT-23-5) 特别适合电池供电的携带式设备。多种保护功能，包括限制插件时的涌入电流、输出 1.5A 下符合 USB 规范的限电流和过电流情形下的过热保护。 应用 电池供电设备 主板 USB 电源开关 USB 装置电源开关 热插入电源 电池充电器电路

52 一个便携设备电源设计例子 （多电压电源电路）

53 MCP73861

54 一个便携设备电源设计例子 （充电管理电路 ）

55 电源系统布线 旁路电容的分布 芯片每个电源引脚旁接一个0.1-0.01uF的瓷片电容，位置尽量靠近电源引脚
如果电源引脚靠近，可以两个或者多个合用一个电容，容值取稍大 在PCB四周放一些4.7uF-10uF的钽电容

56 旁路电容的分布 BGA芯片的旁路电容的分布 普通器件旁路电容的分布

57 电源系统布线 电源的分布 数字地、模拟地分开，单点连接 有条件的情况下采用多层板，电源和地采用专门的层 地平面尽量不要分割
电源平面的分割采用隔离带 没有专门电源层时，采用树形方式布电源线

58 数字电源和模拟电源的连接 从数字电源产生模拟电源 模拟地和数字地单点相接

59 多层板层走线策略 一个六层板的层布线策略 其中MidLayer1被用来割出两个电源层

60 多层板走线策略 电源层的分割

61 实验系统中的时钟 PLL锁相环 RTC实时时钟

62 LM117 三端输出电压可调：1.2V～37V 输出电流1.5A

63 LM117 典型应用

64 实验系统中的电源

65 实验系统中的电源 RTC

66 LM2576 三端线性可调电压调制器，输出电压可调或固定：3.3V，5V，12V以及15V 可以驱动3A的负载

67 LM2576

68 LM2576 典型应用 LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器(52kHz)和基准稳压器(1.23V)，并具 有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。

69 实验系统中的电源

70 AMS1117 三端可调或固定输出电压：1.5V，1.8V，2.5V，2.85V，3.3V和5V 输出电流800ma
较低的泄漏(Dropout)电压 高性能线性电压调整（5V～3.3V） 用于电池充电器、笔记本电源管理、电池供电的仪器设备

71 AMS1117 AMS1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1A输出电流且工作压差可低至1V。在最大输出电流时，AMS1117器件的最小压差保证不超过1.3V，并随负载电流的减小而逐渐降低。

72 AMS1117 可调输出电压基本电路

73 实验系统中的电源

74 实验系统中的电源

75 实验系统中的电源 LCD的LED背光电路的供电电源