一种基于RTC的电源管理系统设计

【摘 要 】本文采用Actel公司的AFS600系列FPGA,设计了一种电源管理系统.该系统主要由晶振、RTC及电压调整和监控模块等组成.系统首先由FPGA的内核将VR模块掉电.通过RTC和晶振计时,定时唤醒VR模块,让FPGA继续工作.这种电源管理系统可以让FPGA进入掉电和唤醒,实现低功耗的睡眠模式.

【关 键 词 】FPGA；RTC；电压调整和监控模块；电源管理

1.引言

在某些由电池等供电的电子产品,对于系统功耗的要求很严格,往往要求降低功耗.若电子产品的主控制器能在工作状态时正常工作,除此之外均处于睡眠状态,则可以降低功耗.基于Actel公司的AFS600系列FPGA,利用其RTC（Real-time counter）内部实时计数器,配以晶振和内部电压调整和监控模块（）,设计了电源管理系统,以达到降低功耗的要求.

2.系统组成

RTC电源管理系统的组成如图1所示.

从图1中可以看出,该系统主要由RTC模块、晶振模块及电压调整和监控模块（）组成.

3.主要部分设计

3.1 实时计数器

AFS600系列FPGA的RTC是一个40位的可加载计数器,输入频率范围：32KHz-20MHz.为延长计数时间,输入时钟经过一个128分频后去驱动计数器.

RTC的结构图如图2所示.其中RTCCLK是RTC的输入时钟,RTCMATCH是匹配输出,RTCPMATCH连接到的RTCMATCH用于唤醒FPGA内核,RTCXTLMODE用于配置晶振的模式,ACM接口重要用于初始化RTC寄存器.

3.2 模块配置

在Actel公司的FPGA开发环境Libero通过Flash Memory初始化RTC寄存器.图1的晶振模块通过Libero的PLL生成,将输入时钟分频后生成20MHz和5MHz的两个时钟.同时将晶振模块配置成RTC驱动.

在系统上电时,将通过软件生成的VR（Voltage Regulator）模块置于关闭状态.

3.3 软件设计

系统的软件主要有以下几个模块组成.

（1）Analog_RTC模拟模块

该模块是RTC的宏模块.在软件设计中主要分：模拟模块的固定信号、与FlashMemory的连接、与晶振和VR模块的连接及未使用的管脚等组成.主要的代码如下（使用Verilog HDL语言编写）：

Analog_RTC U2（ //带RTC模拟模块的实例化

4.实验验证

为验证该电源管理系统设计的正确性,进行了实验验证.首先将FPGA内核电源调整为由FPGA内部的1.5V电压调整器提供.

实验时将FPGA的D10引脚通过一个小的串联电阻与LED相连.实验过程中,可以看到系统上电时,LED变亮；等待几秒后,LED灭；再过几秒,通过RTC唤醒内核将LED点亮.这说明FPGA的内核在循环掉电.

FPGA的PUB引脚电路如图3中所示.PUB引脚在常态时通过上拉电阻R16将电平拉到高电平,当K1键按下时就产生一个负脉冲,配合内部RTC,能将掉电后的内核唤醒,重新点亮LED.

5.结束语

当FPGA关闭内核电压,进入睡眠模式,只有外部晶振和内部RTC工作时,系统的功耗电流很小,在几百微安左右.采用RTC进行电源管理的模式,可以大大降低功耗,可广泛应用于微功耗场合.