软开关设计漫谈_硬件篇

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  //TITLE:
  //    软开关设计漫谈_硬件篇
  //AUTHOR:
  //    norains
  //DATE:
  //    Sunday 19-may-2009
  //Environment:
  //    WINDOWS CE 5.0
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    何为软开关？软开关是相对于硬开关而言。硬开关顾名思义，电源的开断完全取决于硬件，是物理层上的开合；而软开关，则是必须借助于软件，准确地说是借助软件来进行关闭。两者各有优劣。前者因为是物理层的操作，可以讲电源和系统部分完全阻隔，所以关闭时漏电流非常小，但缺陷是关闭时无法给予软件任何通知信息；而后者的关闭只是电平的操作，关闭后无法将电源部分与系统部分隔离，因此相对而言，漏电流会比较大，但优点在于，关闭是由软件进行控制，所以能在关闭前做好相应的准备工作。正是因为此特性，故电子设备来说采用硬开关的设计非常少，更多的是软开关。举个简单的例子，我们常用的家用电脑就是软开关设计。试想加入电脑采用的是硬开关的设计，会是什么结果？结果估计就如同我们在正常使用电脑时，突然将插头给拔掉一样。这样，对于电脑的设备，特别是硬盘而言，所造成的损害是不可估量的。
   
    对于软开关而言，在我们按下那一瞬间，因为还没有给CPU上电，不存在任何程序执行的可能，所以注定“打开”这一个操作只能用硬件完成。当系统跑起来以后，此时软件已经开始运作，我们就能通过对GPIO进行操作来关闭设备。综上所述，如果要实现软开关，我们必须具备两个GPIO口。一个为DETECT_KEY，作为输入，用来检测按键是否按下；另一个为GPIO_SHDW，作为输出，用来控制电源的闭合。
   
    现在，我们来看一个典型的软开关电路（图一，以下讲解都以电路图的标号为指代）：
   
    
    该电路很简单，对外的节点有四处，分别如下：
   
    PWR_ON：用来控制系统的电源。当其为high时，系统正常供电。
   
    VDD33D：直接接3.3V电压
   
    GPIO_SHDW：当其为low时关闭系统电源
   
    DETECT_KEY：检测按键S1的状态。
   
   
    我们现在根据开机到关机的过程来一步一步来分析该电路：
   
    1.未开机，S1未按下。
   
     此时GPIO_SHDN为low，直接控制了Q1和Q2的控制脚(PIN1)，令VDD33D的电压无法输出到POW_ON端。而D1因为S1未按下，该二极管也处于阻隔状态，S1端的VDD33D也无法输送到POW_ON端。故整个系统还处于关闭状态。
    
   
    2.S1按下，开机。
   
     S1按下，二极管D1导通，S1端的VDD33D电压输送到PWR_ON端，系统开始启动。系统启动时，将GPIO_SHDN置high。此时PWR_ON已经输入了R2,R3端的VDD33D电压，D1两边电压基本上处于平衡状态，D1相当于断开，S1端的电压无法加载到PWR_ON。
    
    3.S1放开，系统正常运行。
    
     S1放开，D1不可能再导通，而此时电压已经主要是从R2，R3端的VDD3D输入，令PWR_ON一直保持high状态，故系统一直处于正常运行状态。
    
    4.S1按下，系统正常运行。
   
     因为S1按下，导致Q3导通，拉低R6端下方的电压，此时DETECT_KEY这个GPIO口检测到电平为low，软件开始进入计时状态。
    
    5.S1放开。
    
     因为S1已经放开，Q3不再导通，R6下端电压恢复，DETECT_KEY检测到电平为high。此时软件和阈值做比较，如果超过预定的阈值，则关闭系统；否则，将本次操作忽略。在这里之所以和阈值进行比较，是出自于防抖的需要。因为在实际使用中，可能R6端会有微小的极为短暂的电压降，如果软件不设置阈值，检测到该电压降就会关闭，这对于产品而言是不允许的。