CPLD управляет подачей питания в системах с прерывистым питанием от батарей.
Среди обычной промышленной и бытовой аппаратуры имеются системы, отслеживающие параметры состояния окружающей среды, такие как GPS (всемирная система позиционирования) для определения местоположения, напряжение, температура и освещение, работающие через длительные промежутки времени, например, один раз в минуту. Среди подобных систем, все большее распространение получают радиосистемы с батарейным питанием, они «просыпаются» раз в минуту, делают замер, передают данные на центральную станцию сбора данных и затем опять «засыпают». Данная идея конструкции использует малую часть ресурсов EPM240-T100 CPLD (комплексная программируемая логическая микросхема) компании ALTERA и несколько дискретных конденсаторов, резисторов, диодов и MOSFET-транзисторов для автономного перевода системы на основе CPLD из полностью обесточенного, в полностью рабочее состояние, используя внешнюю времязадающую RC-цепь. Настоящее решение позволяет получить минимальное потребление энергии в промежутках между сборами информации, когда система, за исключением RC-цепочки, полностью обесточена.
На рис.1 показан базовый таймер включения/выключения CPLD. Q1, IRLML6302, P-канальный MOSFET-транзистор служит в системе ключом управления питанием. Когда на цепь затвора через резистор R2 подано напряжение VCC, питание CPLD и всей системы отключено, за исключением RC-цепи, обеспечивая потребление минимального количества энергии. В CPLD включены управляющий блок, встроенный 4,4МГц генератор, 3-битный регистр и шесть линий ввода-вывода. На рис.2 показан автомат состояния управляющего блока. Выходные сигналы блока состояний в высоком состоянии, а все остальные - в низком. Пунктирная линия от состояния power-down к состоянию power-up отражает временную задержку, которую формирует RC-цепочка, состоящая из R1 и C1, когда питание системы отключено. Кнопка S1 включает и инициализирует схему. Когда S1 включена, диод D2 обеспечивает низкое напряжение цепи затвора, в свою очередь Q1 включается, когда напряжение на затворе транзистора станет на 0,7В меньше VCC. EPM240-T100 переходит в рабочее состояние менее чем через 200мкс после включения Q1. В состоянии «power-up» подачи питания, вывод «power» имеет низкий уровень, который фиксирует потенциал затвора на уровне 0,7В, удерживая тем самым Q1 во включенном состоянии после размыкания кнопки. Кроме того, в состоянии подачи питания, цепь заряда «charge» подключается к VCC, заряжая отрицательный вывод C1 до напряжения VCC. Так как вывод reset = 0, управляющий блок переходит в состояние «сброс» и регистр 1 сбрасывается. Как только S1 размыкается, управляющий блок переходит в состояние «enable» и переводит внутренний сигнал enable в логическую единицу. Цепи сбора и передачи данных после этого начинают свою работу и устанавливают сигнал «done» в ноль. Как только сбор и передача данных будут завершены, сигнал «done» становится равен единице и блок контроля переходит в состояние «save». В состоянии «save» заряжаются конденсаторы с C2 по CN в зависимости от значения в регистре 1. Состояние «save» длится около 100мкс, давая возможность выходам полностью зарядить конденсаторы номиналом 10мкФ. Через 100мкс управляющий блок переходит в режим «power-down», в котором отключаются выходные цепи «charge» и «power». Резистор R4 обеспечивает высокий потенциал цепи «power», резистор R2 подтягивает цепь затвора к высокому потенциалу. Как только цепь затвора достигает потенциала VCC–VTQ1 около 2,3В, Q1 отключает питание системы. Все линии ввода-вывода EPM240-T100 в находятся в третьем состоянии и не влияют на цепи затвора или заряда «charge». Цепь «charge» первоначально имеет потенциал VCC и как только питание отключается, начинает разряжаться через резистор R1. Как только напряжение цепи «charge» достигает 2,3В, диод D1 начинает уменьшать потенциал цепи затвора. Когда напряжение цепи «charge» достигает 1,6В, цепь затвора будет иметь потенциал 2,3В и транзистор Q1 включится. Время, через которое транзистор включится, немного меньше постоянной времени R1 и C1. Соответственно, время выключенного состояния транзистора составляет R1×C1=100,000×0.0001=10 сек. Микросхема запускается, но быстро переходит в состояние выборки «sample». В состоянии «sample» считываются напряжения на конденсаторах C2, C3 и C4. Данные конденсаторы служат энергонезависимой памятью, в которой хранится номер предыдущего цикла включения питания. Если значение в регистре 1, сохраненное на конденсаторах C2 … C4 меньше 7, тогда блок управления увеличивает данное значение на единицу. После чего управляющий блок переходит в режим «save» и заряжает конденсаторы C2 … C4 новым двоичным значением 001. Питание устройства вновь отключается. На восьмом цикле включения питания, или через 80 секунд после включения устройства, управляющий блок переходит в состояние «enable», обеспечивая новое считывание и передачу информации. Настоящий процесс повторяется каждые 80 секунд. Можно изменить данный период, изменяя номиналы C1 и R1, изменяя размер регистра 1 и количество отсчетов между циклами «enable». Если опираться на 80-секундный цикл, содержащий восемь кратковременных включений питания, проверки и отключение питания, скважность подачи питания составляет менее 3%, таким образом, данное решение увеличивает срок службы батарей как минимум в 33 раза.
Терраэлектроника
