Vantaggi dell'interfaccia di gestione dell'alimentazione del sistema (SPMI)
Che cos'è la System Power Management Interface (SPMI)?
La complessità e i requisiti energetici dei telefoni cellulari e di altri dispositivi elettronici portatili stanno aumentando in modo esponenziale. Con l'aumento della richiesta di nuove funzionalità ad alte prestazioni e ad alta velocità di trasmissione dei dati, la gestione dell'energia a livello di sistema diventa fondamentale. L'utilizzo di tecniche avanzate di gestione dell'alimentazione per ridurre il consumo energetico e migliorare la durata della batteria è più importante che mai.
L'interfaccia SPMI (System Power Management Interface) è un'interfaccia MIPI standard che collega il controllore di alimentazione integrato (PC) di un processore system-on-chip (SoC) a uno o più circuiti integrati di gestione dell'alimentazione (PMIC) con sistemi di regolazione della tensione. Con SPMI, i sistemi possono regolare dinamicamente le tensioni di alimentazione e di polarizzazione del substrato degli intervalli di tensione all'interno del SoC utilizzando un unico bus SPMI.
Per ridurre al minimo il consumo energetico dei processori digitali nei dispositivi elettronici portatili, i progettisti di sistemi e circuiti integrati utilizzano tecniche avanzate di gestione dell'energia.
Le tecniche hardware e software avanzate vengono utilizzate per:
- Monitorare e controllare con precisione il livello di potenza del processore necessario per un determinato carico di lavoro o applicazione.
- Controllare diverse tensioni di alimentazione in base al livello di potenza La rapida diffusione di queste tecniche avanzate di gestione dell'alimentazione richiede la standardizzazione dell'interfaccia. Questa specifica SPMI (System Power Management Interface) si occupa della standardizzazione dell'interfaccia hardware.
Come funziona l'SPMI?
All'interno del SoC-PC, le funzioni legate all'SPMI sono definite "master". All'interno del PMIC, le funzioni legate all'SPMI sono chiamate "slave". Al sistema possono essere collegati fino a 4 master e fino a 16 slave. I master e gli slave multipli possono trovarsi su un singolo IC, su più IC o su una qualsiasi combinazione dei due.
Quali sono i vantaggi di SPMI?
L'SPMI offre un'ampia gamma di applicazioni in tutti i settori che richiedono una migliore gestione dell'energia. L'SPMI è utilizzato negli smartphone, negli indossabili e in altri dispositivi elettronici portatili. Gli smartphone e gli indossabili utilizzano l'SPMI per controllare l'energia dei sensori. Gli smartphone di fascia alta hanno già più dispositivi nel progetto e possono richiedere fino a 20 linee di segnale. Ognuna di queste, con pin di alimentazione indipendenti, può causare problemi. Allo stesso modo, la maggior parte dei dispositivi elettronici portatili richiede un'interfaccia di gestione dell'alimentazione per ottimizzare il consumo energetico e ridurre il numero di pin. Questo richiede un'interfaccia di gestione dell'alimentazione avanzata e standardizzata.
Quali funzioni offre l'SPMI?
L'SPMI è un'interfaccia seriale a due fili per la gestione avanzata dell'alimentazione che collega il controller di alimentazione integrato nel sistema di processori SoC a uno o più sistemi di regolazione della tensione per circuiti integrati di gestione dell'alimentazione (PMIC). Le due linee bidirezionali rappresentano SDATA e SCLK. SDATA è una linea dati bidirezionale e SCLK è controllata dal master.
Il protocollo SPMI ha le seguenti funzioni
- Arbitrazione del bus: è il processo di assegnazione del bus a un master o a uno slave richiedibile tra i dispositivi che possono richiedere simultaneamente l'invio di una sequenza di comandi sul bus.
- Connessione e disconnessione del master - Un processo attraverso il quale un master può connettersi e disconnettersi da un bus SPMI inizializzato o non inizializzato
- Comunicazione avviata dallo slave - Un processo che consente a un Request Capable Slave (RCS) di avviare una comunicazione con il master o con altri slave.
- Esistono due classi di dispositivi SPMI:
- Alta velocità (HS): da 32 kHz a 26 MHz con un carico massimo di 50 pF
- Bassa velocità (LS): da 32 kHz a 15 MHz con un carico massimo di 50 pF
- ACK / NACK per una comunicazione robusta.
Sequenze di comandi SPMI
Le sequenze devono appartenere ai seguenti cinque anni in ordine:
- Arbitrato del bus
- trasmissione della condizione di inizio sequenza (SSC)
- Comando di frame e uno o più frame di dati)
- trasmissione di ACK / NACK per le sequenze di comando.
- Trasporto di un ciclo di parcheggio del bus
Gli ultimi quattro eventi SSC, comando / frame di dati, ACK / NACK e ciclo di parcheggio del bus formano insieme la sequenza di comando. La specifica SPMI nomina tutte le sequenze di comando sull'interfaccia come bit di autorità.
La condizione di inizio della sequenza deve essere una condizione possibile per il bus, che rimane con un fronte di salita da un fronte di discesa a una gestione SDATA, un SCLK a un livello logicamente connesso. L'SSC viene utilizzato da uno slave o da un master per indicare l'inizio di una sequenza di comandi. SDATA viene impostato dal master del bus a un livello logico di un periodo preso per un SCLK, quindi al livello 0 logico per un periodo SCLK int, il SCLK appartiene al livello zero logico.
il frame di comando è composto da 13 bit con un campo di indirizzo di 4 bit, un campo di comando di 8 bit e un proprio bit di parità.
I frame di dati e indirizzi sono composti da 9 bit con 8 bit di dati o indirizzi e un singolo bit di parità.
Nessun frame di risposta con una lunghezza di 9 bit se si tratta di un frame di dati o di 13 bit se si tratta di un frame di comando.
Arbitrato del bus SPMI
L'arbitrato del bus viene utilizzato per determinare l'accesso al bus da parte di master o slave. Il master proprietario del bus supervisiona il processo di arbitrato e determina chi ottiene l'accesso al bus. I diversi livelli di arbitrato del bus vengono visualizzati in base alla richiesta di arbitrato nell'ordine mostrato nella figura seguente.
Test del protocollo SPMI
La tipica configurazione di prova per testare master o slave è la seguente. Il DUT SPMI può essere un master primario SPMI, un master secondario, uno slave richiedibile o uno slave non richiedibile. Il software in esecuzione sul computer host consente all'utente di configurare l'unità come master o slave a seconda dei requisiti del DUT, selezionando la scelta appropriata.
Analizzatore di protocollo SPMI
PGY-SPMI-EX-PD è lo strumento leader che permette ai progettisti e agli ingegneri di test di verificare i progetti SPMI rispetto alle loro specifiche configurando PGY-SPMI-EX-ED come master/slave e generando traffico SPMI con variazione di tempo e capacità di iniezione di errori e decodificando i pacchetti di protocollo SPMI.