6 通过外部组件扩展用于循环唤醒的计时器

在系统中使用循环唤醒有许多优势，而用户希望使用循环唤醒的原因很明确。目前，在 TI SBC 上实现的循环计时器的最大计时器周期为 2s。在许多用例中，最长 2s 就足够了。但是，假设一个系统处于低功耗睡眠模式，此时主电源由电池提供。电流消耗在这些类型的应用中至关重要，每次器件被循环计时器唤醒时，由于模式转换到更高功耗的工作模式，电源电流都会增加。考虑到电流消耗，假定系统每次处于低功耗模式数小时。如果电源使用尖峰每 2 秒出现一次，用户发现随着时间的推移会对电池电源产生负面影响。通常，这些设计中的替代选择是将唤醒计时器周期增加到 2 秒以上。较长的计时器周期可减少器件在睡眠模式下的轮询，从而降低总体电流消耗。为了增大 TCAN24xx-Q1 或 TCAN28xx-Q1 或者计时器周期配置选项受限、但仍有本地唤醒引脚的任何 TI SBC 器件的唤醒计时器周期，可采用外部设计。

乍一看，针对这种系统要求的设计似乎很简单：内部 SBC 计时器周期不够长，因此必须使用外部计时器。外部计时器可以将输出连接到本地 SBC WAKE 引脚，以实现增大唤醒计时器周期的目标。在这种类型的应用中，SBC 处于睡眠模式，SBC 的所有集成稳压器都关闭，因此在此期间外部计时器不能由 SBC 供电。这意味着计时器必须由电池供电（在汽车系统中通常为 12V），而 SBC 可以承受高达 28V 的电压。按照类似的注意事项选择外部计时器。根据输入电压要求，TLC3555-Q1 等 555 计时器器件可能适合使用。

图 6-1 使用 555 计时器的扩展循环唤醒计时器

此设计基于稳定配置中的经典 555 计时器，可使用简单的 RC 元件进行调优。当 SBC 唤醒时，VCC1 输出将打开 NMOS 并将计时器复位（强制输出低电平）；因此在正常运行期间，555 计时器将复位。当 SBC 进入睡眠状态时，VCC1 关断，555 计时器开始根据电路的 RC 配置在 OUT 引脚上发送脉冲。555 计时器的此输出脉冲可能会超过内部 SBC 计时器上的 2s 最大值。将唤醒引脚切换为仅查找低电平-高电平-低电平脉冲，或低电平到高电平转换。默认情况下，许多 SBC 是边沿检测。

采用这种方法时，有两个设计注意事项。第一个是 TLC3555-Q1 在电源输入只能端承受不超过 20V 的电压，否则器件可能损坏。在 12V 汽车系统中，该值通常不足以应对常见瞬态，这也是 TI SBC 的额定电压为 28V 的原因。第二个原因与低功耗设计有关。许多汽车应用中的一个常见要求是休眠电流小于 100uA。12V 输入时的 TLC3555-Q1 休眠电流在最坏情况下将介于 240uA 至 310uA 之间。如果系统要求使用 100uA 的限值，则使得 100uA 限值完全没有适用空间。如果需要 100uA 休眠电流，有办法可以解决这个问题。

图 6-2 TI SBC 上的低功耗扩展循环唤醒计时器实现

调整后的设计更复杂，但基本理念与之前的理念类似。当 SBC 进入睡眠模式时，计时器开始根据计时器 RC 配置向 WAKE 引脚发送脉冲。为了实现更低的功耗，必须使用更低输入电压的计时器，例如 TPL5110-Q1。由于这是一款 5V 计时器，12V 标称系统输入需要调节至 5V — 为了生成 5V 电源轨，可以在系统其余部分处于睡眠模式时使用 LDO (TPS7B81-Q1)。但是，根据电路图，还需要考虑一些设计注意事项。R3 用于设置间隔周期，它可以介于 100ms 至 7200s（2 小时）之间。在计时器导通期间，DRV 引脚变为低电平，并打开将 5V 信号连接到 WAKE 引脚的 PMOS，从而启动唤醒信号。但是，脉冲宽度如何？答案在于 DONE 引脚的运行 — 当 DONE 引脚获得高电平有效脉冲时，DRV 引脚会返回高电平。如果未使用 DONE 引脚，则脉冲宽度（通常）等于 50ms 的间隔周期。为了能够控制该值，增加了两个 MOSFET：一个 PMOS (Q3) 和一个 NMOS (Q1)。在驱动周期开始时，Q3 开始将信号传导至由 R1 和 C1 构成的 RC 时序电路。当 C1 上的电压达到适当电平时，DRV 引脚返回高电平，关断 Q3 但导通 Q1 以使 DONE 引脚电压恢复到接地电平，从而使 Q1 可以再次重新启动脉冲。脉冲宽度是 RC 时间常数的某个标量倍数。但 LDO 的情况如何？为什么电路中有两个 MOSFET 并不直接与计时器一起使用？答案很简单：只能在睡眠模式下启用睡眠模式 LDO。为此，两个 NMOS 器件（Q4 和 Q5）形成一个逆变器，允许 VCC1（3.3V 或 5V）在 VCC1 激活（例如，未处于睡眠或失效防护模式）时关断 LDO，而当 VCC1 关闭时，LDO 将导通并为计时器供电。这种设计可通过 VCC1 的导通和关断来完全控制间隔周期、脉冲宽度和 LDO 控制。与基于 555 计时器的设计不同，此设计还有功耗节省的优势。