CN103746431B - 一种双pmu供电系统、供电方法及移动终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双PMU供电系统、供电方法及移动终端，在系统电路中设置两个PMU为处理器供电；其中，第二PMU通过其内部集成的FT类型的DC-DC转换器生成内核电源，为处理器中集成的内核供电，处理器所需的其他各路工作电源由第一PMU通过其内部集成的HF类型的DC-DC转换器生成并提供。本发明针对处理器所需的两类工作电源：内核所需的大电流供电和其它负载所需的小电流供电，提出采用两个PMU分别供电的设计方式，进而在满足电源完整性设计要求的同时，可以将两个PMU以及处理器尽量分散地布设在PCB上，从而兼顾系统的散热要求，该设计方式尤其适合应用在手机等体积较小的移动终端产品中，以方便PCB板的布板设计。

Description

一种双PMU供电系统、供电方法及移动终端

技术领域

 本发明属于供电控制技术领域，具体地说，是涉及一种用于为处理器进行直流供电的控制系统以及采用这种供电系统设计的移动终端产品。

背景技术

随着智能手机主频的不断升高，其内部所使用的处理器中集成的内核越来越多，手机的耗电量也逐渐增大，这就导致手机的发热量不断升高，同时也给系统电源的完整性设计提出了更高的要求。因此，手机发热和电源完整性问题已经成为决定手机项目设计成败的关键因素。

在现有的手机设计方案中，都是采用单个PMU（电源管理芯片）为手机内部的处理器供电。在这个PMU中集成有多路HF（高开关频率）类型的DC-DC（直流-直流）转换器和线性稳压器LDO，用于提供手机处理器所需的各路工作电源，包括处理器中各个内核（例如CPU内核、GPU内核、DSP内核、modem内核等）所需的内核电源以及处理器中其他电子器件工作所需的各路直流电源。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

由于处理器中各个内核所需的内核电源要求较大的供电电流，因此，在布设PCB板时，必须将PMU紧邻处理器布设，以使通过HF DC-DC转换器输出的内核电源能够以最短的路径传输至处理器，进而减少因传输线路的阻抗问题而导致输入至处理器的内核电源出现较大的电压波动，继而满足电源完整性的设计要求。而对于手机系统电路来说， PMU和处理器都是其主要发热元件，将二者相邻布设在PCB板上，会导致发热部件比较集中，不符合系统的散热要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于双PMU设计的供电系统，通过采用两个PMU共同为系统处理器供电，从而在满足处理器用电需求的同时，可以兼顾系统散热和电源完整性两方面设计要求。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种双PMU供电系统，在系统电路中设置两个PMU为处理器供电，分别为第一PMU和第二PMU；其中，所述第二PMU通过其内部集成的FT类型的DC-DC转换器生成内核电源，为处理器中集成的内核供电；处理器所需的其他各路工作电源由所述第一PMU通过其内部集成的HF类型的DC-DC转换器生成并提供。

为了使系统中的主要热源不至于过分集中，本发明将所述的两个PMU和处理器两两分散布设在PCB板上，以满足系统的散热要求。

进一步的，通过所述FT类型的DC-DC转换器输出的内核电源经输出电容传输至处理器的内核供电引脚，将所述输出电容紧邻处理器布设，以进一步提高散热效果。

优选的，在所述处理器中集成有多个内核，不同内核所需的不同内核电源由不同的FT类型的DC-DC转换器生成并提供，每一路FT类型的DC-DC转换器所需的输出电容均紧邻处理器布设。

又进一步的，通过所述HF类型的DC-DC转换器输出的各路工作电源各自经由一输出电容传输至处理器的相应供电引脚，将所述输出电容紧邻第一PMU布设，以满足第一PMU的工作要求。

优选的，本发明优选将第一PMU作为主控PMU，在所述第一PMU中集成充放电管理模块，连接系统电路的充电接口和电池，对系统中的电池进行充放电控制。

基于上述双PMU供电系统，本发明还提出了一种双PMU供电方法，包括以下步骤：

通过所述第一PMU接收系统的开关机指令；

所述第一PMU在接收到开机指令时启动运行，待其各路输出电压依次开启到默认输出状态后，输出控制信号至第二PMU，控制第二PMU启动运行，并待第二PMU的各路输出电压均正常输出后，控制处理器开启运行；

所述处理器在正常运行后，输出保持信号至第一PMU的开机保持引脚，控制第一PMU保持开启状态。

进一步的，所述第一PMU在启动运行时，首先将自身的开机保持引脚置为保持开启状态，并维持t1时间， 其中，t1>第一PMU的开机时间+第二PMU的开机时间+处理器的开机时间；在t1时间到达时，第一PMU检测到其开机保持引脚的电平状态，若为无效状态，则判定处理器未正常启动；此时，第一PMU首先控制第二PMU进入关机流程，并待第二PMU关机后，自身进入关机流程并关机；若为有效状态，则第一PMU保持开启状态。

又进一步的，所述第一PMU在控制第二PMU启动运行时，同时输出保持信号控制第二PMU保持开启状态，并生成复位信号分别传输至第二PMU和处理器，所述复位信号持续输出的时间为t2，其中，t2>第二PMU的开机时间+处理器的开机时间；当第一PMU需要控制第二PMU关机时，停止输出保持信号，控制第二PMU进入关机流程。

再进一步的，所述处理器在正常运行过程中，通过SPMI总线动态控制第一PMU和第二PMU输出的供电电源，以满足处理器自身以及系统中其它用电负载的用电需求；当第一PMU接收到关机操作指令时，首先将关机指令发送至处理器，通过界面显示是否关机的提示信息，若接收到确认关机的操作指令，则处理器停止向第一PMU发送保持信号，通知第一PMU进入关机流程；第一PMU在检测到其开机保持引脚的电平状态为无效状态时，首先控制第二PMU进入关机流程，并待第二PMU关机后，自身进入关机流程并关机，从而使整个系统进入关机状态。

基于上述双PMU供电系统，本发明还提出了一种采用所述双PMU供电系统设计的移动终端，包括处理器、充电接口、电池和两个为处理器供电的PMU；其中，第二PMU通过其内部集成的FT类型的DC-DC转换器生成内核电源，为处理器中集成的内核供电，处理器所需的其他各路工作电源由第一PMU通过其内部集成的HF类型的DC-DC转换器生成并提供。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明针对处理器所需的两类工作电源：内核所需的大电流供电和其它负载所需的小电流供电，提出采用两个PMU分别为处理器供电的设计方式，将其中一个集成有FT类型DC-DC转换器的PMU配置成从控PMU，专为处理器中的内核提供其所需的大电流供电，将另外一个集成有HF类型DC-DC转换器的PMU配置成主控PMU，为处理器提供其余各路小电流供电。由于FT类型的DC-DC转换器自带反馈补偿机制，即便将其远离处理器布设，其输出的大电流内核供电在传输线上产生的电源波动也可以通过其反馈线自动进行调整，以满足电源完整性的设计要求。由此一来，对于系统中的主要热源：两个PMU和处理器，便可在PCB板上尽量分散布设，以兼顾系统的散热要求。该设计方式尤其适合应用在手机等体积较小的移动终端产品中，以方便PCB板的布板设计。

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其它特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明所提出的双PMU供电系统的一种实施例的电路结构框图；

图2是基于图1所示双PMU供电系统所提出的系统开关机控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地说明。

本实施例将处理器所需的供电电源分成两类：一类是集成在处理器中的内核所需的内核电源，例如CPU内核、DSP内核、GPU（图像处理单元）内核、modem内核等工作所需的直流供电电源，该类供电电源通常需要较大的供电电流；另一类是除内核以外，处理器中集成的其它用电负载所需的各路工作电源，例如开关元件、逻辑电路、接口电路等用电负载所需的直流供电电源，该类供电电源通常仅需要较小的供电电流。针对处理器所需的这两类供电电源，本实施例选用两个独立的电源管理芯片PMU分别提供，参见图1所示，即：利用第一PMU1生成各路小电流的供电电源，通过电源输出网络51传输至处理器3上的各路相关供电引脚，为处理器3中除内核以外的其他用电负载供电；利用第二PMU2生成内核所需的大电流供电电源，即内核电源，通过电源输出网络52传输至处理器3的内核供电引脚，为处理器3中的内核供电。

考虑到通过第二PMU2输出的内核电源电流较大，在通过电源输出网络52传输的过程中，会由于传输线路的阻抗问题而产生较大的电源波动。而处理器3对其内核供电引脚的电压波动要求往往较高，可接受的输入电压范围通常较窄，因此，为了兼顾系统散热和电源完整性两方面设计要求，优选采用集成有FT（快速响应）类型的DC-DC转换器的电源管理芯片作为所述的第二PMU2，生成大电流的供电电源，对应传输至处理器3的相应内核供电引脚，为处理器3中的各个内核供电。由于FT类型的DC-DC转换器具有反馈补偿机制，从FT类型的DC-DC转换器的输出端到输出电容C2这段距离的电源波动可以通过反馈线进行补偿，因此，在进行PCB布板设计时，可以将第二PMU2远离处理器3布设，并将DC-DC转换器的输出电容C2布设在处理器3的一侧，即紧邻处理器3的相应内核供电引脚布设，如图1所示，从而在满足电源完整性设计要求的同时，还可以避免热源的过分集中，继而满足系统的散热要求。

对于需要多路内核电源的处理器3来说，可以利用第二PMU2内部集成的多路FT类型的DC-DC转换器分别转换提供，对于每一路FT类型的DC-DC转换器所需的输出电容均可布设在处理器3的一侧。

考虑到通过第一PMU1输出的供电电源电流较小，在通过电源输出网络51传输至处理器3的过程中，由传输线路的阻抗所导致的电源波动不会很大，而且对于处理器3来说，接收小电流供电的各路供电引脚所支持的电压输入范围较宽，因此，可以选用集成有HF类型的DC-DC转换器的电源管理芯片作为所述的第一PMU1，生成处理器3所需的各种小电流工作电源，对应传输至处理器3的相应供电引脚。对于各路HF类型的DC-DC转换器所需的输出电容C1（一路HF类型的DC-DC转换器对应一路输出电容C1）应布设在第一PMU的一侧，即紧邻HF类型的DC-DC转换器的输出端布设，如图1所示，以稳定DC-DC转换器的电压输出。

由于处理器3的各路小电流供电引脚的电压波动要求不高，因此，在进行PCB布板设计时，可以将第一PMU远离处理器3布设，以满足电源完整性和系统散热两方面的设计要求。

当然，在PCB板上布设第一PMU1和第二PMU2时，两个PMU也应尽可能地分散布设，两个PMU1、2和处理器3在PCB板上的具体布设位置应视PCB板的具体大小和形状确定，三个热源之间的距离都应大于1cm，使得系统中的主要热源不至于过分集中。

本实施例之所以采用两个PMU1、2分别为处理器3供电，而不使用一个集成有多路FT类型的DC-DC转换器的PMU统一为处理器3供电（既包括大电流的内核电源，又包括小电流的其他各路工作电源），主要出于两方面考虑：一是因为目前集成多路FT类型的DC-DC转换器的PMU，其内部一般不会内置充放电管理模块，无法实现对电池的充放电管理，因此不适合在基于电池供电的移动终端产品中使用；二是因为若将处理器3所需的所有供电电源均通过一个PMU转换生成，会导致该PMU发热量过大，电源转换效率降低，由于大部分热量集中在单颗PMU芯片上，因此很难满足系统的散热要求。

出于以上考虑，本实施例提出采用两个PMU1、2分别为处理器3供电的设计方式，将集成有HF类型的DC-DC转换器的第一PMU1作为主控PMU，对系统供电进行集中控制，并利用其内部集成的充放电管理模块对系统中的电池4进行充放电管理。参见图1所示，将第一PMU1连接系统的充电接口J1，例如USB接口，在充电接口J1外接充电电源时，通过第一PMU1接收所述的充电电源，并输出充电电流为系统中的电池4充电。当使用电池4为系统电路供电时，通过电池4输出的直流电源传输至第一PMU1，通过集成在第一PMU1内部的电量计进行电池电量的统计，并分别传输至第一PMU1内部的DC-DC转换器以及第二PMU2，分别生成处理器3工作所需的各路小电流供电电源以及各个内核所需的大电流供电电源，对应输出至处理器3的各路供电引脚，以满足处理器3的供电要求。

在系统工作的过程中，当系统进入不同的工作模式时，处理器3所需的各路工作电源有时会发生变化，为了调整通过第一PMU1和第二PMU2输出的各路供电电源，优选通过处理器3的SPMI接口（SPMI是System Power Management Interface的英文缩写，即系统电源管理接口）输出控制信号至所述的第一PMU1和第二PMU2，以控制第一PMU1和第二PMU2调节其各路供电电源的输出，进而满足处理器3的供电需求。

当然，处理器3也可以选用其他接口与第一PMU1、第二PMU2连接通信，对通过第一PMU1和第二PMU2转换输出的各路供电电源进行调节，本实施例对此不进行具体限制。

对于系统电路中除处理器3以外的其他用电负载所需的供电电源，均可通过第一PMU1生成并提供。

下面针对采用两个PMU1、2为处理器3供电的电路设计方式，详细阐述具体的供电控制过程，结合图2所示，包括以下过程：

（1）利用第一PMU1接收系统的开关机指令，具体可以将第一PMU1的其中一路接口KYPD_PWR_N连接系统的电源按键ON/OFF，并通过电源按键ON/OFF接地，所述KYPD_PWR_N接口在第一PMU1内部上拉。

所述第一PMU1对其KYPD_PWR_N接口的电平状态进行实时检测，若检测到其KYPD_PWR_N接口的电平变为低电平，则认为电源按键ON/OFF按下，若当前系统处于关机状态，则判定用户执行的是开机操作，进入后续的开机供电过程。

（2）第一PMU1首先启动运行，待其各路输出电压依次开启到默认输出状态后，通过其PON_OUT接口输出控制信号，例如高电平信号，传输至第二PMU2的PON_1接口，通知第二PMU2启动运行。

同时，第一PMU1通过其PON_OUT接口输出的高电平控制信号，还可以作为保持信号传输至第二PMU2的开机保持引脚PS_HOLD，控制第二PMU2保持运行状态。

在第一PMU1启动运行的过程中，首先将其自身的开机保持引脚PS_HOLD置为有效的电平状态，例如拉高为高电平，并维持高电平状态t1时间。其中，所述t1应大于第一PMU1的开机时间与第二PMU2的开机时间以及处理器3的开机时间三者之和，以防止第一PMU1意外关机。

（3）第一PMU1通过其PON_RST_N接口输出复位信号Reset，分别传输至第二PMU2的复位引脚RST_N和处理器3的复位引脚RSTIN_N。

通过第一PMU1输出的复位信号Reset，其有效电平的持续时间t2应大于第二PMU2的开机时间与处理器3的开机时间之和。当第二PMU2启动运行后，读取其复位引脚RST_N的电平状态，由于此时复位信号Reset有效，因此第二PMU2复位，控制其各路输出电压到默认输出状态。

这里需要说明的是，第二PMU2在启动运行后，仅在设定的一段时间内读取其复位引脚RST_N的电平状态，控制系统准确复位，而后不再检测其复位引脚RST_N的电平状态，因此不会出现在复位信号Reset有效的持续时间t2内，第二PMU2持续复位的问题。

待第一PMU1和第二PMU2均完成开机启动过程，转入正常运行状态后，处理器3所需的各路供电电源即均稳定建立起来，处理器3上电开机，检测其复位引脚RSTIN_N的电平状态，此时由于复位信号Reset仍维持在有效的电平状态，例如高电平状态，因而可以控制处理器3准确复位，配置其各路引脚的电位到默认状态，进而控制整个系统电路完成启动运行过程。

（4）待处理器3正常运行后，输出保持信号（例如高电平信号）至第一PMU1的开机保持引脚PS_HOLD，控制第二PMU2保持运行状态。

所述第一PMU1在t1时间到达后，不再对其自身的开机保持引脚PS_HOLD进行拉高处理，此时，若第一PMU1检测到其开机保持引脚PS_HOLD的电位仍维持在高电平状态，则判定处理器3正常启动，第一PMU1持续运行；若第一PMU1检测到其开机保持引脚PS_HOLD的电位变成无效的低电平状态，则判定处理器3没有正常启动，系统电路故障，此时，第一PMU1首先将第二PMU2的开机保持引脚PS_HOLD的电位拉低，控制第二PMU进入关机流程，并待第二PMU关机完毕后，自身进入关机流程，直到关闭，至此，整个系统进入关机状态。

（5）在系统正常运行的过程中，处理器3根据系统当前进入的工作模式，输出控制信号，分别传输至第一PMU1和第二PMU2的SPMI接口，对通过两个PMU1、2输出的供电电源进行适应性调整。

例如，系统进入待机模式时，处理器可以控制第二PMU2停止输出内核电源，仅利用第一PMU1输出的小电流供电维持处理器3内部的待机电路运行，以降低整机的待机功耗。

（6）当系统处于开机状态时，若第一PMU1检测到其KYPD_PWR_N接口的电平拉低，即接收到关机指令时，第一PMU1首先通过SPMI接口通知处理器3用户执行了关机操作，处理器3控制显示屏在显示界面上显示是否关机的提示信息供用户选择，如果用户确认关机，则处理器3将其输出至第一PMU1的保持信号变为无效状态，例如低电平，拉低第一PMU1的开机保持引脚PS_HOLD的电位，通知第一PMU1进入关机流程。

（7）第一PMU1在检测到其开机保持引脚PS_HOLD的电位被拉低后，首先控制第二PMU2进入关机流程，具体可以通过拉低第二PMU2的开机保持引脚PS_HOLD的电位来通知第二PMU2关机。

待第二PMU2关机后，第一PMU1进入关机流程，直到关闭，此时处理器3无电源供应，整个系统进入关机状态。

本发明针对移动终端的电源完整性和系统散热两方面设计要求，提出采用两个PMU共同为系统处理器供电的设计方案，在保证电源完整性要求的前提下啊，通过将两个PMU与处理器分散布设在PCB板上，使系统中的主要热源不至于过分集中，从而解决了移动终端的散热问题。该技术方案尤其适合应用在手机等体积较小的移动终端产品中，以方便系统PCB的布线设计。

当然，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双PMU供电系统，其特征在于：在系统电路中设置两个PMU为处理器供电，分别为第一PMU和第二PMU；其中，所述第二PMU通过其内部集成的FT类型的DC-DC转换器生成内核电源，为处理器中集成的内核供电；处理器所需的其他各路工作电源由所述第一PMU通过其内部集成的HF类型的DC-DC转换器生成并提供；

所述第一PMU接收系统的开关机指令，并在接收到开机指令时启动运行，待其各路输出电压依次开启到默认输出状态后，输出控制信号至第二PMU，控制第二PMU启动运行，并待第二PMU的各路输出电压均正常输出后，控制处理器开启运行；所述处理器在正常运行后，输出保持信号至第一PMU的开机保持引脚，控制第一PMU保持开启状态。

2.根据权利要求1所述的双PMU供电系统，其特征在于：所述的两个PMU和处理器两两分散布设在PCB板上。

3.根据权利要求2所述的双PMU供电系统，其特征在于：通过所述FT类型的DC-DC转换器输出的内核电源经输出电容传输至处理器的内核供电引脚，所述输出电容紧邻处理器布设。

4.根据权利要求2所述的双PMU供电系统，其特征在于：通过所述HF类型的DC-DC转换器输出的各路工作电源各自经由一输出电容传输至处理器的相应供电引脚，所述输出电容紧邻第一PMU布设。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的双PMU供电系统，其特征在于：在所述第一PMU中集成有充放电管理模块，连接系统电路的充电接口和电池，对系统中的电池进行充放电控制。

6.一种双PMU供电方法，其特征在于：在系统电路中设置两个PMU为处理器供电，分别为第一PMU和第二PMU；其中，所述第二PMU通过其内部集成的FT类型的DC-DC转换器生成内核电源，为处理器中集成的内核供电；处理器所需的其他各路工作电源由所述第一PMU通过其内部集成的HF类型的DC-DC转换器生成并提供；

通过所述第一PMU接收系统的开关机指令；

所述第一PMU在接收到开机指令时启动运行，待其各路输出电压依次开启到默认输出状态后，输出控制信号至第二PMU，控制第二PMU启动运行，并待第二PMU的各路输出电压均正常输出后，控制处理器开启运行；

所述处理器在正常运行后，输出保持信号至第一PMU的开机保持引脚，控制第一PMU保持开启状态。

7.根据权利要求6所述的双PMU供电方法，其特征在于：

所述第一PMU在启动运行时，首先将自身的开机保持引脚置为保持开启状态，并维持t1时间； 其中，t1>第一PMU的开机时间+第二PMU的开机时间+处理器的开机时间；

在t1时间到达时，第一PMU检测到其开机保持引脚的电平状态，若为无效状态，则判定处理器未正常启动；此时，第一PMU首先控制第二PMU进入关机流程，并待第二PMU关机后，自身进入关机流程并关机；若为有效状态，则第一PMU保持开启状态。

8.根据权利要求6所述的双PMU供电方法，其特征在于：所述第一PMU在控制第二PMU启动运行时，同时输出保持信号控制第二PMU保持开启状态，并生成复位信号分别传输至第二PMU和处理器，所述复位信号持续输出的时间为t2，其中，t2>第二PMU的开机时间+处理器的开机时间；当第一PMU需要控制第二PMU关机时，停止输出保持信号，控制第二PMU进入关机流程。

9.根据权利要求6所述的双PMU供电方法，其特征在于：

所述处理器在正常运行过程中，通过SPMI总线动态控制第一PMU和第二PMU输出的供电电源；

当第一PMU接收到关机指令时，首先将关机指令发送至处理器，通过界面显示是否关机的提示信息，若接收到确认关机的操作指令，则处理器停止向第一PMU发送保持信号，通知第一PMU进入关机流程；

第一PMU在检测到其开机保持引脚的电平状态为无效状态时，首先控制第二PMU进入关机流程，并待第二PMU关机后，自身进入关机流程并关机。

10.一种移动终端，设置有处理器、充电接口和电池，其特征在于：还设置有如权利要求1至5中任一项权利要求所述的双PMU供电系统。