軟開關設計漫談_硬體篇

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  //TITLE:
  //    軟開關設計漫談_硬體篇
  //AUTHOR:
  //    norains
  //DATE:
  //    Sunday 19-may-2009
  //Environment:
  //    WINDOWS CE 5.0
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    何為軟開關？軟開關是相對於硬開關而言。硬開關顧名思義，電源的開斷完全取決於硬體，是物理層上的開合；而軟開關，則是必須藉助於軟體，準確地說是藉助軟體來進行關閉。兩者各有優劣。前者因為是物理層的操作，可以講電源和系統部分完全阻隔，所以關閉時漏電流非常小，但缺陷是關閉時無法給予軟體任何通知資訊；而後者的關閉只是電平的操作，關閉後無法將電源部分與系統部分隔離，因此相對而言，漏電流會比較大，但優點在於，關閉是由軟體進行控制，所以能在關閉前做好相應的準備工作。正是因為此特性，故電子裝置來說採用硬開關的設計非常少，更多的是軟開關。舉個簡單的例子，我們常用的家用電腦就是軟開關設計。試想加入電腦採用的是硬開關的設計，會是什麼結果？結果估計就如同我們在正常使用電腦時，突然將插頭給拔掉一樣。這樣，對於電腦的裝置，特別是硬碟而言，所造成的損害是不可估量的。
   
    對於軟開關而言，在我們按下那一瞬間，因為還沒有給CPU上電，不存在任何程式執行的可能，所以註定“開啟”這一個操作只能用硬體完成。當系統跑起來以後，此時軟體已經開始運作，我們就能通過對GPIO進行操作來關閉裝置。綜上所述，如果要實現軟開關，我們必須具備兩個GPIO口。一個為DETECT_KEY，作為輸入，用來檢測按鍵是否按下；另一個為GPIO_SHDW，作為輸出，用來控制電源的閉合。
   
    現在，我們來看一個典型的軟開關電路（圖一，以下講解都以電路圖的標號為指代）：
   
    
    該電路很簡單，對外的節點有四處，分別如下：
   
    PWR_ON：用來控制系統的電源。當其為high時，系統正常供電。
   
    VDD33D：直接接3.3V電壓
   
    GPIO_SHDW：當其為low時關閉系統電源
   
    DETECT_KEY：檢測按鍵S1的狀態。
   
   
    我們現在根據開機到關機的過程來一步一步來分析該電路：
   
    1.未開機，S1未按下。
   
     此時GPIO_SHDN為low，直接控制了Q1和Q2的控制腳(PIN1)，令VDD33D的電壓無法輸出到POW_ON端。而D1因為S1未按下，該二極體也處於阻隔狀態，S1端的VDD33D也無法輸送到POW_ON端。故整個系統還處於關閉狀態。
    
   
    2.S1按下，開機。
   
     S1按下，二極體D1導通，S1端的VDD33D電壓輸送到PWR_ON端，系統開始啟動。系統啟動時，將GPIO_SHDN置high。此時PWR_ON已經輸入了R2,R3端的VDD33D電壓，D1兩邊電壓基本上處於平衡狀態，D1相當於斷開，S1端的電壓無法載入到PWR_ON。
    
    3.S1放開，系統正常運行。
    
     S1放開，D1不可能再導通，而此時電壓已經主要是從R2，R3端的VDD3D輸入，令PWR_ON一直保持high狀態，故系統一直處於正常運行狀態。
    
    4.S1按下，系統正常運行。
   
     因為S1按下，導致Q3導通，拉低R6端下方的電壓，此時DETECT_KEY這個GPIO口檢測到電平為low，軟體開始進入計時狀態。
    
    5.S1放開。
    
     因為S1已經放開，Q3不再導通，R6下端電壓恢複，DETECT_KEY檢測到電平為high。此時軟體和閾值做比較，如果超過預定的閾值，則關閉系統；否則，將本次操作忽略。在這裡之所以和閾值進行比較，是出自於防抖的需要。因為在實際使用中，可能R6端會有微小的極為短暫的電壓降，如果軟體不設定閾值，檢測到該電壓降就會關閉，這對於產品而言是不允許的。