使用锂电池的CPLD自供电系统

有一种常见的工业和消费应用，即按一个长间隔（如每分钟一次）对环境条件，如GpS（全球定位系统）位置、电压、温度或光线进行采样的系统。这类系统正越来越多地采用无线和电池供电方式，它每分钟苏醒过来，作一次采样，将数据传输到一个中央数据采集终端，然后再次进入睡眠状态。本设计实例用一片AlteraEpM240-T100CpLD（复杂可编程逻辑器件）中的一小部分，结合一些分立电容、电阻、二极管和MOSFET，通过一个RC按时器电路，自动将一个CpLD系统从完全断电状态唤醒。这种方法在两种情况下都有最小的功耗：一种是电源接通时的采样期间，另一种是系统断电（除RC电路以外）时的采样之间。

图1是基本的CpLD开/关按时器。Q1是一片IRLML6302p沟道MOSFET，用作系统的电源控制开关。当门节点为VCC时，R2上拉，连接CpLD和整个系统的电源均被切断，只有RC电路消耗少量电能。CpLD带有一个控制块、一个4.4MHz内部振荡器、一个3位寄存器，以及6个I/O。图2为控制部分的状态机。状态机的输出为高电平，所有其它输出均为低电平。从掉电到上电的虚线表示时间延迟，该时间延

迟在系统断电时由R1与C1构成的RC电路测量。开关S1接通时电路初始化。当S1闭合时，D2将门节点拉低，当门电压低于VCC0.7V时Q1导通。Q1加电不到200ms后，EpM240-T100工作在上电状态。上电状态将电源节点拉低，将门电压保持在0.7V，在开关打开后使Q1维持导通。上电状态亦将充电节点拉至VCC。这个动作将C1的负端充电至VCC。由于reset=0，控制块进入复位状态，而Register1被复位。一旦S1打开，控制块进入使能状态，使能信号驱动为1。接下来，采样与传输电路开始工作，使done信号为0。当采样与传输完成时，done信号变为1，而控制块进入保存状态。保存状态按照Register1中的值，将电容C2充电至CN。保存状态激活100ms时间，使输出对10mF电容完全充电。经过100ms后，控制块进入断电状态，停止驱动充电节点与电源节点。R4将电源节点拉高，而R2拉高门节点。当门节点使VCC-VTQ1达到大约2.3V时，Q1切断系统的供电。EpM240-T100的所有I/O均处于高阻抗状态，并且不影响门节点或充电节点。充电节点开始于VCC，并在电源关断时开始通过R1放电。一旦充电节点掉落到2.3V，D1拉低门节点。当充电节点达到1.6V时，门节点为2.3V，Q1导通。Q1导通的时间略小于R1和C1的t。关断时间等于R1×C1=100,000×0.0001=10s。

器件在上电状态上电，但很快转至采样状态。采样状态记录电容C2、C3和C4上的值。这些电容用作非易失存储器，保存以前上电循环的次数。假如C4~C2上采样的Register1值小于7，则控制块开始递增，而Register1的值以1为增量新增。然后，控制块再次进入保存状态，C2~C4充电到一个新的二进制值001。器件再次断电。在第8次上电循环，或上电后大约80s，控制块转为使能状态，因而开始一个新的采样与传输顺序。这个过程每80s重复一次。你可以调整C1和R1改变Register1的大小和使能循环之间的计数，就可以改变这个80s的周期。由于80s周期包含8个较小的上电采样、测试与断电循环，供电的占空周期小于3%，因此，这种方法将电池寿命新增了33倍。