智能手機中的單鍵開/關機和復位的智能設計方案

1引言

隨著大量新興數據業務的應用，智能手機功耗水平大幅度提高，導致待機時間也大幅度縮短。為了能否延伸待機時間，內置電池的設計變得越來越普及。這是因為鋰電池的一半體積是由其結構件所占據的，如果電池內置于智能手機機身中，就可以節省鋰電池的結構件體積，從而在相同乃至更大的體積上大大提高電池的容量。如此一來，電池的容量確實得到了大幅度增加，伴隨著也產生了一個新的問題——如果智能手機在應用過程中發生軟件系統卡機的情況，如何進行系統的復位操作？

與產品的主要功能相比，解除卡機狀況的機械復位裝置通常比較落后。為防止設備意外復位，大多數手動復位鍵（如果有的話）都掩藏在機身內。因為復位鍵很難觸及，所以拆卸電池成為非常普遍的解決辦法。但是，這種做法不僅用戶感受度較差，并且增加了成本，還可能會損壞系統，例如，使重要的數據丟失。

那么，在內置電池設計的智能手機中，如何進行系統的硬件復位呢？本文介紹了一種硬件智能復位的解決方案，不僅可以在智能手機設計中實現雙鍵長按的智能復位，還可以實現在智能手機中流行的單鍵開/關機和復位的智能方案。

2智能手機應用平臺的開/關機和復位的機制和隱患

在當今智能手機的主流平臺中，通常都存在應用處理器（Application Process / Baseband，下簡稱AP）加電源管理芯片（Power Management Unit，下簡稱PMU）的架構，如圖1所示。


圖1.智能手機中AP + PMU的硬件架構

在這種硬件架構中，在PMU上設置有一個電源開關管腳與一個機身上的一個機械開關相連（下簡稱Power_Key）。

當手機處于關機狀態的時候，按下Power_Key將PMU的電源開關管腳拉到地，將啟動PMU上電過程：PMU啟動LDO為AP供電，同時發出硬件復位信號給AP，當AP軟件系統啟動完畢后，回送一個PS_HOLD信號將PMU的PS_HOLD管腳拉高，并且在工作狀態一直維持為高電平；如果在一定的時間內（Tpshold時間），AP沒有能將PS_HOLD管腳拉高，則表明AP啟動失敗，PMU自動進行下電過程。通常要求Power_Key和PS_HOLD信號之間存在一定的關系，即Power_Key信號必須保持為低電平直至PS_HOLD信號被AP驅動為高，如圖2所示。這是因為，如果發生了AP上電初始化失敗而沒能在設置的時間Tpshold內將PS_HOLD信號拉高，Power_Key仍然維持為低能夠確保PMU將被觸發再一次上電過程，從而確保上電成功。


圖2 Power_Key信號

當系統處于關機狀態時，如果Power_Key被短按，PMU將觸發上電過程，當AP上電啟動完畢后將PS_HOLD信號拉高——此時不管按鍵是按下還是松開的狀態，PMU的PS_HOLD都可以在Tpshold時間內經過R2/C1/R1被及時拉高，系統上電成功不存在問題。當系統處于開機工作狀態時，如果Power_Key被按下，由于PS_HOLD信號立即被拉低，PMU將進入下電過程。按鍵釋放的時刻，系統可能處于下電過程或者上電過程的某個階段，最終導致有可能關機和有可能系統復位的不可以預測的結果，這是產品設計所不可以接受的，如圖3所示。更重要的是，采用這樣的設計，系統也就根本無法實現軟件關機功能了。所以，在這種電路設計中，Power_Key和S1是不能夠設置在一起的。


圖3. AP + PMU的硬件架構中開/關機按鍵和復位按鍵不能合二為一的時序

為了校正PMU自身沒有專門的硬件復位輸入管腳，而需要借助PS_HOLD信號拉低進行復位的這個缺陷，新的PMU中開始引入了專門的RESET_IN的復位管腳，允許外部電路通過這個管腳硬件復位PMU.但是，這里仍然存在的問題是——PMU的規格要求開/關機按鍵和復位按鍵必須在物理上分開，不能設置在同一個按鍵上，需要將復位按鍵隱藏在機身上的檢修孔中，無法實現單鍵開/關機和復位的方案。