优化电路性能：无代码调节电子唤醒定时器的设计实例
电子计最基本的组件就是实时时钟和微控制器。然而定时准确度向来不在工程师的考虑范围之内，这些组件想的可有可无。要想实现耗电量低，占用电路板空间不大，必须要求支持电压，易于配置，具低静态电流的应用。本文就详解了无代码调节的电子唤醒定时器的设计实例。
一谈到电子计时，通常首先进入脑海的组件是实时时钟(RTC)或微控制器。不过，对于定时准确度不在设计师优先考虑之列的应用而言，这类组件也许不合适。此外，这类解决方案耗电量往往相对较大、需要编码以及可能会占用大量电路板空间，尤其在需要额外的逻辑电路时。另一方面，这类应用也许需要一个支持高压、具低静态电流和易于配置的解决方案。这正是凌力尔特公司LTC2956发挥作用的地方，某些“周期性”应用需要同时控制时间和供电，LTC2956则是一款专门为这种情况优化电路性能而设计的集成电路。
LTC2956简介
LTC2956是一款具按钮控制、高度可配置的微功率唤醒定时器。该器件控制执行周期性任务系统的供电，例如以延时拍摄方法拍照的任务。完成任务以后，LTC2956 断开系统以降低功耗。LTC2956可配置为无限次重复这种接通 / 断开周期，或者配置为仅接通 / 断开系统一次。
图1显示在一个典型应用中，LTC2956是怎样与其他部分连接的，图中LTC2956控制由一个 LDO调节的系统电源，同时还与微处理器通信。电源来自主电源轨，在图中所示情况下是电池，当LDO断开时，电源仅吸取800nA，而在LDO接通时，吸取3μA。输入电源可以低至 1.5V至高达36V，这非常适合单节和多节电池应用。
LTC2956 的所有可调定时参数都是用外部电阻器或电容器设定的。连接至PERIOD和 RANGE引脚的电阻器允许用户设定唤醒定时器周期，范围为250ms至39天。在摄影应用中，定时曝光控制计可设定为每隔250ms快速连续拍照，或每39天拍照一次。连接至LONG 引脚的电阻器允许用户设定，一个可选按钮必须按下多长时间，才能使唤醒定时器停机；这个功能非常适合具备以下特点的应用：系统也许需要按照命令偶尔加电或断电。同一个 LONG引脚也可用来在唤醒定时器运行或停止运行时，选择LTC2956加电时的行为方式。最后，ONMAX引脚上的电容器限制系统可以接通多长时间，通过防止任一系统永远错误地保持在接通状态，起到了自动防止故障的作用。
LTC2956具备无代码可调性，因此无论在制造商或消费者层面，产品的接通 / 断开定时都能够非常容易地调节。例如，某个制造商可以设计一个产品系列，其中每个产品的定时参数都不同，通过简单地复制和粘贴LTC2956设计，为每个产品选定不同的电阻器值，就可以完成这样一个产品系列的设计。相比之下，制造商还可以仅生产一种产品，而将这种可调性传递给消费者，通过在电路板上安排所有不同的电阻器组合，将通过跨接线和开关来配置最终产品的工作留给消费者。无论制造商选择了哪种方式，都不需要编程。
了解LTC2956
LTC2956的好处非常明显，低压和高压系统的接通 / 断开定时可以非常容易地调节，能耗总是最低的。不过，在利用这些好处之前，潜在用户需要了解LTC2956是否能够真正达到产品的所有功能要求。也就是，LTC2956提供哪些工作模式? 有哪些握手信号可用?了解这些问题的答案，有助于决定LTC2956最终能否纳入下一个设计中。
图2显示了LTC2956的简化状态图，其中IC可以配置为自动加电进入运行(RUN) 模式 (唤醒定时器运行) 或停机 (SHUTDOWN) 模式 (唤醒定时器停止运行)。如果 LONG 引脚电压高于 VCC/2，那么 LTC2956 加电进入运行模式，并在唤醒 (Awake) 和休眠 (Sleep) 状态之间循环。在唤醒状态时，EN 引脚被拉高以接通系统，且自动防止故障的 ONMAX 定时器启动。只有任务已完成 (且微处理器将 /SLEEP 输入引脚拉低)，或者只有 ONMAX 定时器到期，才退出唤醒状态。在休眠状态，EN 引脚被拉低以关断系统，只有唤醒定时器到期，或者只有系统由于按钮短按或微处理器将 /SLEEP 拉高而被强制接通，LTC2956 才退出休眠状态。只要检测到按钮长按，LTC2956 就退出任何状态，进入停机模式。
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如果 LONG 引脚电压低于 VCC/2，那么 LTC2956 就加电进入停机模式，在这种模式时，除处于非常低功率模式的 LTC2956 以外，所有系统组件都断电以降低能耗。对于烟雾报警器等付运时已安装了电池的产品而言，这种模式尤其有用。处于这种模式时，需要短按按钮才能接通系统，启动唤醒定时器进入运行模式。无论何时，只要 LTC2956 从停机模式进入运行模式，/ONALERT 输入引脚就被拉低，以通知系统执行加电初始化例程。类似地，无论何时，只要 LTC2956 从运行模式进入停机模式，/OFFALERT 输出引脚就被拉低，以在停机之前向系统发出警报，或连接至一个 LED，以可视方式指示系统接通 / 断开状态。
LTC2956与被动式和主动式系统均兼容。在被动式系统中，可能没有微控制器或FPGA可用来管理LTC2956的/SLEEP引脚，因此可调ONMAX定时器决定唤醒时长，这个唤醒时长显然应该设定为比系统完成其周期性任务所花的最长预期时间要长。图3a显示了一个采用 LTC2956被动式系统的定时图。当到达可调唤醒时刻(tPERIOD) 时，LTC2956进入唤醒状态，并将EN输出拉高以接通系统；此外，唤醒定时器重新启动，且ONMAX定时器(tONMAX) 开始运行。一旦ONMAX定时器到期，LTC2956就重新进入休眠状态，并将EN输出拉低。
在主动式系统中，有微控制器或FPGA，系统可以切换LTC2956的/SLEEP引脚，以在完成其周期性任务后，立即终止唤醒状态。这使唤醒时长保持最短，降低了功耗。图3b显示了一个采用 LTC2956 的主动式系统的定时图。当到达唤醒时刻时，LTC2956-1 进入唤醒状态，并将 EN 输出拉高，以接通系统；此外，唤醒定时器重新启动，ONMAX 定时器开始运行。当系统完成其周期性任务时，一旦微控制器或 FPGA向 /SLEEP 引脚发出脉冲信号，LTC2956 就重新进入休眠状态。
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也许辨别LTC2956是处于停机模式 (唤醒定时器停止运行) 还是休眠状态 (唤醒定时器运行) 并不容易，因为在这两种模式时，系统都关断 (EN 输出被拉低)，LTC2956消耗不到1μA的电源电流。为了确保唤醒定时器处于运行模式而不是停机模式，用户可以短按按钮一次，以强制EN输出为高，同时如果LTC2956当下处于停机模式，也强制其进入运行模式。此外，按动按钮总是会使唤醒定时器重新启动，这在手动同步唤醒时刻与外部事件时会很有用。换句话说，一旦外部事件发生，短按按钮就会接通系统，而下一次接通则在其后的tPERIOD起始时刻。
回到我们举过的摄影定时曝光控制计的例子，图4显示了LTC2956怎样应用到这类应用中。这里采取被动式模式，因此通过将/SLEEP引脚连接至地来禁止该引脚，而ONMAX引脚上的10nF电容器将定时曝光控制计的最长接通时间设定为133ms，对于拍摄一幅照片，这个时间足够充裕了。同时，不同电阻值的电阻器在RANGE引脚上并联，每个电阻器都对应于一个定时曝光控制计在“唤醒”和进行下一次拍照之前必须“休眠”的时长。用户可以转动定时曝光控制计上的旋转开关，以选择想要的周期，并按下按钮开关 (该开关会提供 ±25kV ESD保护)，以接通/断开定时曝光控制计。
结语
LTC2956是一款电子唤醒定时器，可满足需要延迟或周期性唤醒的多种应用之需求。当在休眠状态倒计时的时候，电流消耗最大限度减小至仅为 800nA，而当定时器根本不运行时，进一步减小至300nA。因为所有定时调节都是通过外部电容器和电阻器进行的，所以无需编码。坚固的按钮接口允许用户旁路定时器，并按照命令接通或关断系统。4个I/O 信号可用来在主动式系统中连接微处理器或FPGA，而可调ONMAX定时器还可用来实现被动式系统 (或者作为自动防止故障机制实现主动式系统)。LTC2956采用12引线3mm x 3mm QFN和MSOP封装，是一款关注空间利用的IC，简化并优化了具特殊定时要求的设计。
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