在可穿戴設(shè)備和便攜醫(yī)療設(shè)備的開發(fā)里電源管理永遠(yuǎn)是最容易翻車的一環(huán)。電池只有那么幾百毫安時(shí)板子上卻要同時(shí)喂主控、射頻SoC、傳感器和一塊小屏各路負(fù)載各要各的電壓有的還要在運(yùn)行過程中動態(tài)調(diào)壓。我最近一套便攜健康監(jiān)測類的原型產(chǎn)品把核心供電方案改成了“PCA9422 這顆低功耗 PMIC STM32F411RE 做主控”整個(gè)電源系統(tǒng)才從“裸奔的模擬電路”變成了“軟件可配置的數(shù)字電源”。這篇文章就是這段時(shí)間做這套方案的完整記錄從選型思路、電源樹設(shè)計(jì)、I2C驅(qū)動、動態(tài)調(diào)壓、充電管理到調(diào)試踩坑能直接把思路和代碼框架抄到自己的板子上。適合正在做電池供電產(chǎn)品、或者想把一堆分立電源芯片整合成一顆可控PMIC的硬件和嵌入式開發(fā)者。1. 這套電源方案的項(xiàng)目背景與思路拆解做之前我先把需求攤開看了一遍。這個(gè)設(shè)備是單節(jié)鋰聚合物電池供電標(biāo)稱3.7V滿電4.2V放完大概3.0V。系統(tǒng)里需要四路電源域主控和屏幕用的3.3V傳感器和存儲用的1.8V射頻SoC內(nèi)核的一路DVS可調(diào)電壓還有一路低噪聲電源給模擬前端。同時(shí)還要管理USB充電、電池電量監(jiān)測、睡眠狀態(tài)下的斷電和低功耗切換。這套需求如果按老辦法做板子上至少得有兩顆DCDC、三顆LDO、一顆充電IC再加上一堆反饋電阻和使能邏輯面積和調(diào)試成本都不小。動態(tài)調(diào)壓更是麻煩分離方案要做DVS基本得靠額外的DAC或者數(shù)字電位器去調(diào)反饋網(wǎng)絡(luò)光想到這我就頭大。換成集成PMIC的思路之后多路降壓、LDO、充電子模塊都塞進(jìn)一顆PCA9422主控通過I2C讀寫幾個(gè)寄存器就能完成電壓配置、模式和狀態(tài)讀取本質(zhì)上把供電系統(tǒng)當(dāng)成一個(gè)外設(shè)來操作復(fù)雜度完全不是一個(gè)量級。1.1 可穿戴設(shè)備的電源需求到底難在哪先說電壓軌多。一塊板子上同時(shí)存在3.3V的數(shù)字域、1.8V的接口域、1.2V左右的SoC內(nèi)核域、還有傳感器需要的低噪聲模擬電源每一路的負(fù)載特性還都不一樣。降壓芯片選型的時(shí)候要考慮輸入電壓范圍是否覆蓋電池電壓波動輸出電流是否留夠裕量負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能不能扛住射頻發(fā)射時(shí)的大電流抽水。再說負(fù)載變化快。射頻SoC在傳輸時(shí)電流可能瞬間拉高傳感器啟動瞬間也有一波浪涌。如果電源芯片沒有良好的瞬態(tài)響應(yīng)電壓就會跌到負(fù)載的最低工作門限以下直接導(dǎo)致復(fù)位或者數(shù)據(jù)損壞。而低功耗模式下又希望電源系統(tǒng)本身消耗盡量少最好能進(jìn)入PFM或脈沖跳躍模式讓靜態(tài)電流降到幾十微安這個(gè)級別。還有充電和供電同時(shí)存在的場景。插入U(xiǎn)SB充電器之后系統(tǒng)要能一邊跑應(yīng)用一邊給電池充電充電完成要及時(shí)停止過壓過流要有保護(hù)。這些邏輯用分離器件做保護(hù)電路和邏輯電路累加起來很占PCB面積而且每一版改需求都要重新調(diào)硬件。1.2 方案選型為什么用集成PMIC加主控MCU把供電需求整理完我基本上就確定要往集成PMIC方向走了。一顆PCA9422把電池充放電管理、多路降壓輸出、LDO和內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)測整合在一起外部只需要少量電感電容就能工作。它和主控之間走I2C軟件里一個(gè)寄存器就能配置某一路的輸出電壓甚至能在系統(tǒng)運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)修改電壓這是分離方案很難做到的。這時(shí)候有朋友會問STM32F411RE 本身不就有很多低功耗模式嗎為什么還需要一顆PMIC來配合要分清MCU的低功耗模式和系統(tǒng)級的電源管理是兩碼事。STM32可以做的是控制自身進(jìn)入Sleep、Stop甚至Standby模式但它管不了板上其他負(fù)載的電源域。射頻SoC想睡、傳感器想斷電、模擬前端需要單獨(dú)調(diào)電壓這些都得靠PMIC去切。主控和PMIC一個(gè)負(fù)責(zé)“腦子清醒地做決策”一個(gè)負(fù)責(zé)“手里的閘刀和變壓器聽指揮”角色非常清楚。1.3 系統(tǒng)功能劃分我還把這套方案里的職責(zé)劃分成四個(gè)部分。首先是功率變換部分PCA9422負(fù)責(zé)把電池電壓轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)需要的各種電壓軌。其次是與主控交互部分STM32F411RE通過I2C總線讀寫PCA9422內(nèi)部的寄存器配置輸出電壓、充電電流和輕負(fù)載模式。第三是狀態(tài)感知部分通過PMIC內(nèi)部的ADC或者外部分壓電路把電池電壓、充電電流、故障狀態(tài)這些信息采集回來。最后是策略執(zhí)行部分主控根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行工況決定是否調(diào)低某路電壓、是否關(guān)閉某路輸出、是否啟動充電中斷這些都是純軟件邏輯。2. 硬件設(shè)計(jì)與電源樹搭建硬件是整個(gè)電源方案的地基軟件調(diào)得再好電源樹設(shè)計(jì)不對也是白搭。我在這部分把電源樹架構(gòu)、PCA9422的關(guān)鍵模塊、STM32F411RE的角色以及PCB布局的注意點(diǎn)都過一遍。2.1 整體電源樹設(shè)計(jì)我這套板子的電源樹大概是下面這個(gè)結(jié)構(gòu)。電池正極直接進(jìn)PCA9422的輸入腳USB充電檢測也走PMIC的輸入側(cè)。輸出側(cè)安排如下VOUT1做3.3V主電源供給STM32F411RE和屏幕這一路負(fù)載電流最大放在第一路VOUT2做1.8V給傳感器和存儲芯片VOUT3做DVS可調(diào)電壓給我的射頻SoC內(nèi)核范圍設(shè)在1.0V到1.3V之間LDO輸出一路1.8V低噪聲電源專門給模擬前端避免開關(guān)噪聲耦合進(jìn)測量通路。還有一路備份電源域用LDO降壓后接STM32的VBAT保證主電源斷開時(shí)RTC和備份寄存器還能工作。做電源樹的時(shí)候有個(gè)小原則就是把負(fù)載分類數(shù)字核心、接口電平、模擬低噪聲、備份電源每一類單獨(dú)走一軌不混用。這樣好處是調(diào)試隔離非常方便某一域出問題不會拖垮整個(gè)系統(tǒng)。比如模擬前端如果和數(shù)字接口共用一路電源傳感器數(shù)據(jù)里經(jīng)常會出現(xiàn)周期性毛刺排查起來很痛苦。2.2 PCA9422核心模塊分析PCA9422這顆PMIC的總體架構(gòu)我分成三個(gè)部分來看。輸入側(cè)是電池充電管理模塊支持從USB適配器取電給電池充電同時(shí)具備路徑管理能力也就是插著充電器的時(shí)候系統(tǒng)由適配器供電電池多余的電再充進(jìn)去而不是系統(tǒng)直接吃電池的電流。這個(gè)功能對手環(huán)這類設(shè)備太重要了很多分離方案都沒做到這個(gè)級別系統(tǒng)經(jīng)常一邊插著電充電一邊還能看著電量往下掉就是因?yàn)闆]有電源路徑管理。中間部分是降壓轉(zhuǎn)換器和LDO陣列。多路BUCK都由內(nèi)部的高精度基準(zhǔn)控制輸出電壓通過I2C寄存器配置部分通道支持DVS動態(tài)調(diào)壓。輕載時(shí)PMIC自動進(jìn)入低靜態(tài)電流模式這正好配合我整機(jī)睡眠的場景。另外還有一路固定的LDO輸出低噪聲電壓給模擬負(fù)載。最后一部分是控制和監(jiān)測邏輯。I2C接口、中斷輸出、狀態(tài)寄存器、ADC監(jiān)測都在這里。主控可以通過狀態(tài)寄存器讀到充電狀態(tài)、電源故障標(biāo)志、以及內(nèi)部ADC采樣到的電池電壓和溫度數(shù)據(jù)。2.3 STM32F411RE在系統(tǒng)里的職責(zé)STM32F411RE 是一顆Cortex-M4F內(nèi)核的MCU主頻最高100MHz512KB Flash和128KB SRAM在需要一定算力的便攜設(shè)備里性能完全夠用。它在這個(gè)系統(tǒng)里既是應(yīng)用主控又是電源管理控制器。Flash、RAM、外設(shè)資源都比較寬裕跑一個(gè)輕量級RTOS都沒問題電源管理狀態(tài)機(jī)可以作為一個(gè)獨(dú)立任務(wù)來運(yùn)行。選這顆芯片還有一個(gè)理由是它的外設(shè)豐富I2C、SPI、UART、ADC、DMA都有后續(xù)如果要接外部傳感器、屏幕、無線模塊甚至做OTA升級都不需要再換更高端的平臺。休眠電流雖然比不上專門的低功耗系列但在整機(jī)睡眠策略里真正決定續(xù)航的是PMIC的靜態(tài)電流和整個(gè)系統(tǒng)的斷電管理而不是MCU單體休眠電流能壓到多低。2.4 原理圖與PCB布局要點(diǎn)畫原理圖的時(shí)候PCA9422周邊的電感電容選型直接影響性能。BUCK的電感一般根據(jù)手冊推薦值選我習(xí)慣選飽和電流比最大負(fù)載大30%以上的規(guī)格避免瞬態(tài)大電流時(shí)電感飽和造成電壓紋波激增。輸入輸出電容至少選10uF的X5R或X7R陶瓷電容并且要放在芯片引腳的同一層、盡可能靠近引腳環(huán)路面積越小越好。開關(guān)節(jié)點(diǎn)是輻射源底層直接鋪地不要走細(xì)線。I2C總線的上拉電阻我用4.7k400kHz快速模式穩(wěn)得很。STM32F411RE的I2C引腳在板子一端PCA9422在另一端走線盡量短并且保證兩根線的長度差不多減少信號偏斜。PMIC的使能和中斷引腳接到主控的GPIO上不能用固定電平代替否則軟件沒法做時(shí)序控制和事件響應(yīng)。PCB布局的時(shí)候我習(xí)慣把PMIC周圍形成一個(gè)小禁區(qū)其他信號線不穿進(jìn)去。功率地單獨(dú)鋪一片然后和數(shù)字地單點(diǎn)連接。這樣既避免了大電流在地平面上造成的噪聲干擾傳感器模擬信號也給調(diào)試留了清晰的測量點(diǎn)。實(shí)測下來認(rèn)真處理地平面和去耦之后模擬前端數(shù)據(jù)的峰峰值明顯干凈了很多。3. 軟件框架與核心代碼實(shí)現(xiàn)硬件裝好之后真正花時(shí)間的是軟件。我這套軟件用的STM32 HAL庫環(huán)境是CubeMX初始化好I2C和GPIO之后自己寫PMIC驅(qū)動和應(yīng)用層狀態(tài)機(jī)。3.1 I2C驅(qū)動設(shè)計(jì)PCA9422和主控之間就是普通的I2C從機(jī)通信帶寄存器地址。HAL庫里直接用Mem_Write和Mem_Read就能處理這種帶片內(nèi)地址的器件。初始化代碼沒有什么特別就是CubeMX配置I2C1為主模式速率400kHz時(shí)鐘源和引腳分配的細(xì)節(jié)不展開了。有一點(diǎn)要注意PMIC屬于對實(shí)時(shí)性有一定要求的器件比如充電中斷和故障信號如果I2C總線上掛了多個(gè)設(shè)備每個(gè)讀操作都要做超時(shí)容錯。我的做法是每次讀寫后檢查HAL函數(shù)的返回值失敗就復(fù)位一下I2C總線狀態(tài)并重新嘗試三次防止總線鎖死把整個(gè)電源管理策略卡住。uint8_t pmic_read_reg(uint8_t reg, uint8_t *buf, uint16_t len) { HAL_StatusTypeDef status; for (uint8_t retry 0; retry 3; retry) { status HAL_I2C_Mem_Read(hi2c1, PMIC_I2C_ADDR 1, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, len, 100); if (status HAL_OK) { return 0; } HAL_I2C_DeInit(hi2c1); MX_I2C1_Init(); } return 1; } uint8_t pmic_write_reg(uint8_t reg, uint8_t *buf, uint16_t len) { HAL_StatusTypeDef status; for (uint8_t retry 0; retry 3; retry) { status HAL_I2C_Mem_Write(hi2c1, PMIC_I2C_ADDR 1, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, len, 100); if (status HAL_OK) { return 0; } HAL_I2C_DeInit(hi2c1); MX_I2C1_Init(); } return 1; }這里的PMIC_I2C_ADDR要根據(jù)硬件原理圖上的地址引腳確認(rèn)默認(rèn)值我這邊是0x60附近。有的板子從機(jī)地址可能不同最省事的辦法是上電后用I2C地址掃描把0x08到0x77都掃一遍看哪個(gè)地址有應(yīng)答避免對著手冊猜。3.2 PMIC寄存器抽象與初始化不同批次和尾綴的PCA9422寄存器定義可能不完全一致我在實(shí)際項(xiàng)目里每次都會打開對應(yīng)批次的數(shù)據(jù)手冊把寄存器地址和位定義對著改一遍。我的做法是在驅(qū)動文件頂部把所有寄存器定義集中成宏初始化的時(shí)候統(tǒng)一填寫配置表這樣后面要調(diào)整電壓檔位或者修改充電電流只需要改表里的數(shù)值不用翻一堆代碼。#define PMIC_REG_MAIN_OUT1 0x10 #define PMIC_REG_MAIN_OUT2 0x11 #define PMIC_REG_MAIN_OUT3 0x12 #define PMIC_REG_LDO1 0x13 #define PMIC_REG_CHG_CTRL 0x14 #define PMIC_REG_CHG_STATUS 0x15 #define PMIC_REG_SYS_STATUS 0x16 #define PMIC_REG_DVS_CTRL 0x17 #define PMIC_REG_ADC_RESULT 0x18 #define PMIC_REG_INT_FLAG 0x19以上地址是我手上這顆樣片的定義僅作為代碼示例實(shí)際以手冊為準(zhǔn)。初始化的時(shí)候我會先把所有輸出通道配置成預(yù)設(shè)電壓然后使能需要的中斷源最后把整機(jī)電源狀態(tài)機(jī)切到正常運(yùn)行模式。配置表放在常量數(shù)組里每一行是寄存器地址和寫入值初始化時(shí)循環(huán)讀寫一遍并且讀回來校驗(yàn)如果校驗(yàn)不通過就點(diǎn)亮板子上的故障LED。typedef struct { uint8_t reg; uint8_t val; } pmic_cfg_item_t; const pmic_cfg_item_t pmic_init_cfg[] { { PMIC_REG_MAIN_OUT1, 0x30 }, /* 3.3V按手冊映射 */ { PMIC_REG_MAIN_OUT2, 0x20 }, /* 1.8V */ { PMIC_REG_MAIN_OUT3, 0x10 }, /* 1.2VDVS起點(diǎn) */ { PMIC_REG_LDO1, 0x20 }, /* 1.8V模擬電源 */ { PMIC_REG_CHG_CTRL, 0x11 }, /* 充電使能電流檔位 */ }; void pmic_init(void) { uint8_t val 0; uint32_t items sizeof(pmic_init_cfg) / sizeof(pmic_init_cfg[0]); for (uint32_t i 0; i items; i) { if (pmic_write_reg(pmic_init_cfg[i].reg, (uint8_t *)pmic_init_cfg[i].val, 1) ! 0) { error_handler(); } if (pmic_read_reg(pmic_init_cfg[i].reg, val, 1) ! 0) { error_handler(); } if (val ! pmic_init_cfg[i].val) { error_handler(); } } }3.3 DVS動態(tài)調(diào)壓實(shí)現(xiàn)DVS是這個(gè)方案里最有意思的部分。傳統(tǒng)的調(diào)壓是硬件工程師對著電位器和電阻網(wǎng)絡(luò)一遍遍調(diào)試現(xiàn)在則是軟件里寫個(gè)函數(shù)把目標(biāo)電壓值編碼后寫進(jìn)寄存器輸出就變了。我這邊射頻SoC內(nèi)核電壓有兩個(gè)檔位運(yùn)行模式1.25V低功耗模式1.0V切換時(shí)不能像斷電一樣突然跳變否則可能觸發(fā)負(fù)載側(cè)的上電欠壓復(fù)位。我的實(shí)現(xiàn)步驟是先讓射頻SoC進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)暫停射頻收發(fā)然后往DVS控制寄存器寫入目標(biāo)電壓對應(yīng)的編碼輪詢狀態(tài)寄存器確認(rèn)切換完成最后讓SoC恢復(fù)正常工作。切換過程中禁止其他線程操作PMIC防止寄存器寫入被穿插導(dǎo)致電壓配置錯亂。void pmic_set_dvs_voltage(uint8_t target_vout) { uint8_t val 0; /* 1. 通知負(fù)載進(jìn)入電壓切換安全窗口 */ app_radio_suspend(); /* 2. 寫入目標(biāo)電壓 */ pmic_write_reg(PMIC_REG_DVS_CTRL, target_vout, 1); /* 3. 等待PMIC狀態(tài)位更新超時(shí)則告警 */ uint32_t timeout 1000; do { pmic_read_reg(PMIC_REG_SYS_STATUS, val, 1); timeout--; } while (!(val 0x01) timeout); if (timeout 0) { power_fault_handler(); } /* 4. 恢復(fù)負(fù)載運(yùn)行 */ app_radio_resume(); }實(shí)際跑了之后我發(fā)現(xiàn)電壓切換如果太快負(fù)載端大的去耦電容會被瞬間“吸”住PMIC的輸出電壓紋波會比較難看。所以我在調(diào)試階段把DVS切換分成兩段第一次先切到中間檔穩(wěn)定200us后再切到目標(biāo)檔。代價(jià)是切換時(shí)間變長但對整機(jī)穩(wěn)定性的提升非常明顯。3.4 充電與電池狀態(tài)管理充電管理這塊PCA9422負(fù)責(zé)實(shí)際的恒流恒壓充電控制主控負(fù)責(zé)策略。插入U(xiǎn)SB充電器后主控檢測到充電狀態(tài)位變化讀取PMIC的充電狀態(tài)寄存器然后把整機(jī)切到充電模式。在這個(gè)模式下屏幕會顯示充電百分比傳感器照常跑充電電流設(shè)為500mA檔位整機(jī)功耗和充電電流加在一起不要超過適配器的供電能力。電量監(jiān)測我用的是電壓查表法加電流積分修正。PMIC內(nèi)部ADC讀到的電池電壓經(jīng)過分壓換算成實(shí)際電壓值查開路電壓曲線得到粗略SOC。然后根據(jù)充放電狀態(tài)用電流和時(shí)間做累積修正。這個(gè)方法精度不高勝在簡單不需要額外的庫侖計(jì)芯片。如果產(chǎn)品對電量精度要求很高建議后續(xù)再加一顆專門的電池電量計(jì)。充電完成之后我會主動把充電功能關(guān)掉避免浮充電壓一直掛著對電池壽命有影響。這其實(shí)是個(gè)細(xì)節(jié)很多方案電充滿了還在那邊小電流涓流溫度會慢慢升高。3.5 低功耗模式聯(lián)動整機(jī)低功耗是我覺得這套方案最爽的地方。以前用分離方案MCU睡了板子上的LDO還在干耗電靜態(tài)電流怎么都壓不下來?，F(xiàn)在主控進(jìn)Sleep之前先通過I2C把PCA9422的所有輸出通道切到輕載模式同時(shí)把DVS電壓軌從1.25V降到1.0V再關(guān)閉LDO輸出或者把LDO切到低功耗擋位最后才執(zhí)行WFI進(jìn)入睡眠。喚醒流程則是反過來外部按鍵或者傳感器中斷先喚醒主控主控從睡眠現(xiàn)場恢復(fù)跑第一段代碼第一時(shí)間通過I2C把PMIC各通道拉回正常運(yùn)行電壓再去點(diǎn)亮屏幕和啟動射頻。整個(gè)切換過程大概幾個(gè)毫秒用戶可以感知到的是“一秒亮屏”但內(nèi)部其實(shí)經(jīng)歷了一次完整的電壓調(diào)度。測量下來整機(jī)靜態(tài)電流從我之前分離方案的1.2mA左右降到了幾十微安級別續(xù)航直接翻倍。4. 調(diào)試實(shí)錄常見問題與排查技巧調(diào)試電源這塊我遇到過的問題基本可以分成六種“通信不穩(wěn)”、“電壓不對”、“電流不低”、“切換翻車”、“充電過熱”和“狀態(tài)誤報(bào)”。每一個(gè)背后都有個(gè)血淚故事我直接整理成帶排查思路的速查列表。4.1 I2C通信時(shí)好時(shí)壞最典型的現(xiàn)象是PMIC偶爾讀寫超時(shí)10次里有1次失敗或者在某些GPIO操作之后特別容易丟ACK。我排查下來一般原因就幾個(gè)I2C上拉電阻太大或太小導(dǎo)致上升沿不夠陡走線太長繞過了板子中間的干擾源主控和PMIC的地電勢有微小差異導(dǎo)致高電平余量不足。解決思路比較直接先把上拉電阻換成2.2k再觀察把總線走線盡量縮短保證兩根線上不要有其他高頻信號緊貼著飛過去。另外強(qiáng)烈建議軟件里加總線恢復(fù)機(jī)制檢測到NACK之后先把SCL時(shí)鐘線上拉幾個(gè)周期讓可能處于半狀態(tài)的總線復(fù)位再重新初始化。4.2 輸出電壓開機(jī)瞬間沖高有塊板子一上電萬用表看到3.3V直接沖到3.9V然后慢慢掉回來。這個(gè)問題的根子一般在啟動順序和軟啟動電容上。PMIC的每個(gè)輸出通道通常都有軟啟動時(shí)間或者軟啟動電容引腳如果軟啟動太短負(fù)載端大電容會把瞬間充電電流拉得很大造成輸出過沖。我后來處理的辦法是加長PMIC輸出通道的軟啟動時(shí)間設(shè)置同時(shí)把主控側(cè)的程序改成延遲使能外設(shè)開機(jī)后先讓各路電壓穩(wěn)定幾十毫秒再初始化傳感器和外設(shè)。這樣既解決了過沖也順便避免了很多外設(shè)在上電瞬間被主控誤操作的問題。4.3 靜態(tài)電流降不下來整機(jī)睡眠之后用萬用表串在電池端電流還是居高不下。最開始我以為是PMIC沒有進(jìn)入低功耗模式后來排查發(fā)現(xiàn)有幾路輸出通道被配置成強(qiáng)制PWM模式輕載時(shí)依然保持高頻開關(guān)電流自然壓不下來。把所有輸出通道在睡眠前都改成PFM或輕載模式之后電流立刻降下來了。另外還有一個(gè)坑是PMIC內(nèi)部的ADC如果沒關(guān)或者把連續(xù)采樣使能位打開了也會貢獻(xiàn)幾十微安的功耗睡眠前別忘了處理。我這段時(shí)間甚至養(yǎng)成了習(xí)慣每次睡眠前打印出所有寄存器當(dāng)前值確認(rèn)沒有漏配的位。4.4 DVS切換引發(fā)負(fù)載復(fù)位這個(gè)問題的現(xiàn)象很詭異DVS降電壓的時(shí)候射頻SoC偶爾會復(fù)位而且不是每次都能復(fù)現(xiàn)。查到最后發(fā)現(xiàn)是負(fù)載端有一個(gè)1.8V上拉的復(fù)位引腳電壓切換過程中如果復(fù)位引腳的電平被拉低SoC就復(fù)位了。原因是負(fù)載電源域的時(shí)序和DVS切換時(shí)序之間沒有同步。我的解決方案是把DVS切換流程放在負(fù)載的特定狀態(tài)之后并且提前把復(fù)位引腳配置成強(qiáng)推挽輸出由主控直接控制等DVS穩(wěn)定之后再去恢復(fù)SoC的復(fù)位管理。這也讓我養(yǎng)成了一個(gè)習(xí)慣任何涉及動態(tài)電壓切換的操作都要先檢查負(fù)載的復(fù)位、中斷、使能等控制引腳有沒有可能在電壓變化時(shí)被誤觸發(fā)。4.5 充電時(shí)殼體發(fā)熱明顯設(shè)備插著USB充電半小時(shí)之后觸摸外殼有點(diǎn)燙。用熱像儀看發(fā)熱元件發(fā)現(xiàn)集中在PCA9422附近的電池充電通路。排查下來是充電電流設(shè)置得比較大同時(shí)電池的內(nèi)阻在低溫環(huán)境下偏高充電路徑上消耗的功率都變成了熱量。解決辦法是加入溫控降流邏輯PMIC內(nèi)部溫度或電池溫度升高到閾值之后主控主動把充電電流從500mA降到200mA溫度降下來再恢復(fù)。這本來是不起眼的軟件邏輯但對用戶體驗(yàn)影響非常大尤其是這種貼身佩戴的設(shè)備。4.6 常見問題排查速查表現(xiàn)象可能原因排查方向解決建議I2C讀寫超時(shí)上拉電阻不匹配波形上升沿/ACK電平換2.2k到4.7k縮短走線輸出過沖軟啟動太快啟動波形軟啟動參數(shù)延長軟啟動延遲外設(shè)使能靜態(tài)電流偏高輸出被強(qiáng)制連續(xù)開關(guān)睡眠前寄存器配置切PFM關(guān)ADC連續(xù)采樣DVS切換復(fù)位負(fù)載控制引腳被干擾示波器抓復(fù)位腳波形主控接管復(fù)位引腳控制切換時(shí)序充電發(fā)熱充電電流過大紅外測溫電池溫度溫度閉環(huán)自動降流狀態(tài)誤報(bào)ADC分壓網(wǎng)絡(luò)噪聲檢查ADC參考和濾波電容加大采樣濾波時(shí)間軟件均值濾波5. 一些實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和擴(kuò)展想法最后分享幾條這輪做下來比較深的體會。第一PMIC不是接上I2C就能高枕無憂的每一顆芯片的寄存器定義都要以實(shí)際采購的那一批手冊為準(zhǔn)。我一開始直接抄了一份老代碼的寄存器表結(jié)果部分位定義對不上電壓怎么配都偏后來老老實(shí)實(shí)打開手冊逐位核對才解決。吃這個(gè)虧之后我把所有寄存器定義集中管理并在代碼里加了一版設(shè)備ID校驗(yàn)上電先讀ID對不對不對就報(bào)警省了不少后續(xù)排查時(shí)間。第二電源管理的狀態(tài)機(jī)一定要集中起來寫不要散落在各個(gè)業(yè)務(wù)代碼里。我的做法是在應(yīng)用層定義一個(gè)power_state_t枚舉包含POWER_ACTIVE、POWER_CHARGING、POWER_SLEEP、POWER_FAULT這幾個(gè)狀態(tài)所有的PMIC操作都統(tǒng)一走到一個(gè)電源管理任務(wù)里業(yè)務(wù)模塊通過接口請求狀態(tài)變更。這樣才不會出現(xiàn)屏幕模塊醒了、射頻模塊還睡著的混亂局面。第三調(diào)試電源問題示波器要有耐心抓波形但現(xiàn)在很多PMIC都帶了內(nèi)部狀態(tài)寄存器和ADC優(yōu)先用軟件讀狀態(tài)能用寄存器定位就不急著上探頭。硬件問題常常是軟件配置問題的一層皮讀幾個(gè)狀態(tài)寄存器能少拆很多次板子。這套PCA9422和STM32F411RE的組合在便攜設(shè)備上很有代表性。主控把模擬的、不好調(diào)的、耗電的電源系統(tǒng)變成一個(gè)聽話的數(shù)字外設(shè)這應(yīng)該是以后做電池產(chǎn)品的主線思路之一。如果你的產(chǎn)品也需要多電壓域管理、動態(tài)調(diào)壓和充電管理不妨先把電源樹和狀態(tài)機(jī)梳理清楚再照著這個(gè)框架往自己的板子上移植。后面我還會繼續(xù)把這套設(shè)計(jì)擴(kuò)展成帶遠(yuǎn)程電量監(jiān)控和OTA電源策略調(diào)整的版本到時(shí)候再回來補(bǔ)充細(xì)節(jié)。