Camera BSP之GPIO/I2C/PMIC简介

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经典好文推荐，通过阅读本文，您将收获以下知识点:

一、GPIO介绍
二、I²C 总线概括
三、PMIC 概括
四、思考

一、GPIO介绍

GPIO：General Purpose Input Output （通用输入/输出）
GPIOs are I/O pins that provide peripheral connections to the MSM™ chipset.
GPIOs can be configured as a general purpose I/O pin or alternative functions.
GPIOs can act as an interrupt source.
In a multiprocessor MSM, GPIO pins can be controlled by any master

MSM GPIO 内部结构

二、I²C 总线概括

I²C 是Inter-Integrated Circuit的缩写，它是一种两线接口，一条 Serial Data Line (SDA) ，另一条Serial Clock (SCL)。
- 内部结构如下图：

速率：
普通模式：100kHz；
快速模式：400kHz；
高速模式：1.0MHZ，3.4MHz；
I2C协议：
SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。
支持多主控(multimastering)，任何时间点只能有一个主控。
总线上每个设备都有自己的一个addr，共7个bit，广播地址全0.
系统中可能有多个同种芯片，为此addr分为固定部分和可编程部份，细节视芯片而定。
空闲状态
I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。
起始位与停止位的定义：

起始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

I2C位传输
SDA传输数据是大端传输，每次传输8bit，即一字节。
地址会左移一位加上读写位发出去。注意停止位（master发送stop）（0：写；1：读）。
数据传输：SCL为高电平时，SDA线若保持稳定，那么SDA上是在传输数据bit；（高电平时候数据采样）若SDA发生跳变，则用来表示一个会话的开始或结束。
数据改变：SCL为低电平时，SDA线才能改变传输的bit；

I2C应答信号：
Master每发送完8bit数据后等待Slave的ACK。
即在第9个clock，若从IC发ACK，SDA会被拉低。(写的ACK是0，读的ACK是1)
若没有ACK，SDA会被置高，这会引起Master发生RESTART或STOP流程，如下所示：

两个实践例子
下图为失败时i2c波形，由波形可看出主机端发送完i2c从端地址0x38后，从端未响应。

下面我们再看一下写成功时候的波形，由波形可看出i2c主机端发送从端地址0x38后，从端有ACK, 主机端继续发送要写入的寄存器地址0xA5, 从端ACK; 主机端继续发送写入寄存器的值0x03, 从端ACK。通信完成。

三、PMIC 概括

PMIC：Power Management IC（电源管理芯片）
包括以下主要功能
1） Input Power Management
2） Output Power Management
3） General Housekeeping
4） User Interfaces
5） IC-level Interfaces
6） PMIC Configurable I/Os
以PM8941为例，框图如下：

输入电源管理：
双充电和电压保护（OVP）
快速切换充电路径
自主充电
反向升压模块和效率
反向升压开关模式电池充电器（SMBB）架构和总结

SMBB Architecture：

SMBB的结构和特性总结
快速自动充电路径切换的双充电路径
USB充电的OVP是+30V，充电电压范围是4.35~9.5V。
DC充电路径集成了+15V的OVP，充电电压范围是4.5V~9.5V，还可以外扩OVP的FET达到+30V的保护
完全集成高效的开关模式充电器
高达3A的充电电流。
3.2MHz的开关频率。
1A时效率90%，2.5A时效率85%。
高电流压降补偿。
升压电路可提供2A的电流到Vchg
支持USB OTG，HDMI开关，LED，flash LED。
Output Power Management Content：
输出包括多路降压BUCK和LDO供给不同的模块使用
BUCK电路如原理如下：

图中，VIN为输入电压，VOUT为输出电压，L为储能电感，VD为续流二极管，C为滤波电容，R1、R2为分压电阻，经分压后产生误差反馈信号FB，用以稳定输出电压和调输出电压的高低。电源开关管V既可采用N沟道绝缘栅场效应管（MOSFET），也可采用P沟道场效应管，当然也可用NPN型晶体管或PNP型晶体管，实际应用中，一般采用P沟道场效应管居多。
降压式DC／DC变换器的基本工作原理是：V开关管在控制电路的控制下工作在开关状态。开关管导通时，VIN电压经开关管S、D极、储能电感L和电容C构成回路，充电电流不但在C两端建立直流电压，而且在储能电感L上产生左正、右负的电动势；开关管截止期间，由于储能电感L中的电流不能突变，所以，L通过自感产生右正、左负的脉冲电压。于是，L右端正的电压→滤波电容C一续流二极管VD→L左端构成放电回路，放电电流继续在C两端建立直流电压，C两端获得的直流电压为负载供电。因此，降压式DC／DC变换器产生的输出电压不但波纹小，而且开关管的反峰电压低。
高通PMU采用同步整流技术,利用导通电阻很低的专用功率MOS管来取代整流二极管，可以降低整流损耗，能大大提高DC/DC的效率。要求MOS管的G极电压和被整流的电压相位要同步，所以称为同步整流。当输出电压降低时,二极管的正向压降就变得很重要，因为这个电压很难降到0.3V以下，会大大影响转换效率。采用导通电阻很低的功率MOS管，在MOS管上损耗的压降会比二极管小很多，大大提高转换效率。
高通BUCK电路内部结构

LDO是low dropout regulator，意为低压差线性稳压器，是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器，如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压高出2v~3V以上，否则就不能正常工作。但是在一些情况下，这样的条件显然是太苛刻了，如5v转3.3v,输入与输出的压差只有1.7v，显然是不满足条件的。针对这种情况，才有了LDO类的电源转换芯片。具有成本低，噪音低，静态电流小，需要的外接元件少等优点。缺点是效率偏低。LDO的输入电流基本上是等于输出电流，效率等于输出电压/输入电压，如果压降太大，损耗就很大。
LDO的基本电路如下：该电路由串联调整管VT、取样电阻R1和R2、比较放大器A组成。取样电压加在比较器A的同相输入端，与加在反相输入端的基准电压Uref相比较，两者的差值经放大器A放大后，控制串联调整管的压降，从而稳定输出电压。当输出电压Uout降低时，基准电压与取样电压的差值增加，比较放大器输出的驱动电流增加，串联调整管压降减小，从而使输出电压升高。相反，若输出电压Uout超过所需要的设定值，比较放大器输出的前驱动电流减小，从而使输出电压降低。