Compute Stick: заметки о правильном питании

25 Янв 2016

Концепция питания персональной платформы на примере Intel Compute Stick

Миниатюризация персональных платформ становится реальностью только в том случае, когда на смену стандартным схемам питания приходят инновационные решения. В случае с микрокомпьютером Compute Stick таковым является контроллер питания AXP288D от X-Powers. Использова­ние таких компонентов следует из материалов IDF15, где с докладом «Mini Computing: Optimizing Design to Accelerate New Usage Models» от корпорации Intel свое видение высказали ведущие архитекторы платформенного строительства. Одним из ключевых терминов доклада является Power Management Integrated Circuit, сокращенно – PMIC.

Факторы, влияющие на выбор схемы питания персональной платформы
Рис 1
. Факторы, влияющие на выбор схемы питания персональной платформы (из презентации Intel на IDF15)

В сущности, использование PMIC вместо VRM-модулей диктуется выбором внешнего источника питания для персонального компьютера в наиболее миниатюрном из известных сегодня конструктивов. Можно считать, что с внедрением энергоэффективных процессоров использование 12-вольтовых линий питания осталось далеко в прошлом. На обочине прогресса остаются и внешние блоки питания, используемые для ноутбуков и ультрабуков. Питание от USB-шины – вот основная концепция Compute Stick. Только +5 вольт и ничего более того! Давайте рассмотрим, каким образом чип AXP288D помогает достичь этой цели.

PMIC-контроллер AXP288D от компании X-Powers располагается чуть правее процессора Intel Atom
Рис 2.
PMIC-контроллер AXP288D от компании X-Powers располагается чуть правее процессора Intel Atom

PMIC приходит на смену VRM-модулю

Итак, за формирование питающих напряжений для процессора Atom и систем его жизнеобеспечения отвечает PMIC-контроллер AXP288D, представляющий собой 76-ножечный QFN-корпус. Хотя в настоящее время документация на AXP288D, управляющий питанием Intel Compute Stick, уже доступна, анализируя его возможности, будем также сверяться с описанием проекта Shark Cove, почти в точности повторяющего архитектуру стик-компьютера.

Из документации на PMIC-контроллер следует, что перед нами целевой чип для Baytrail и Cherrytrail платформ. Скорее всего, конкурентов у этого решения нет, а появление его на свет связано с тем, что этот контроллер разработан в тесном сотрудничестве Intel и X-Powers. Кроме упомянутого проекта Shark Cove, предназначенного для разработки драйверов Windows 10, AXP288D легко гуглится как компонент для планшета A1 от VOYO и т.п.

Основная задача AXP288D на платформах Baytrail/Cherrytrail – формирование питающих напряжений и того, что всегда называлось hardware monitoring. Для этого PMIC-контроллер предлагает два десятка управляемых линий с различной нагрузочной способностью, с помощью которых можно подать заданные напряжения на узлы и подсистемы компьютера. Шесть из них – это так называемые buck-конверторы: импульсные понижающие регуляторы напряжения, использующие принцип широтно-импульсной модуляции. Остальные – простые и надежные линейные регуляторы, в которых напряжение на нагрузке регулируется путем изменения сопротивления элемента, включенного последовательно с нагрузкой (таким элементом может быть канал полевого или проводимость эмиттер-коллектор биполярного транзисторов). В англоязычной литературе их называют LDO-регуляторами (сокращение от Low Drop Out).

Сильная сторона такого решения в импульсном управлении, обеспечивающем высокую эффективность, а также в программном взаимодействии с центральным процессором. Рассмотрим место и задачи AXP288D на демо-плате Shark Cove, являющейся прототипом нашего стик-компьютера.

Блок-схема персональной платформы Shark Cove, использующей PMIC-контроллер AXP288D 
Рис 3
. Блок-схема персональной платформы Shark Cove, использующей PMIC-контроллер AXP288D

Теперь очевидны причины затруднений с получением данных о состоянии Compute Stick, с которыми столкнулись обозреватели известных компьютерных ресурсов. Существующие утилиты мониторинга не поддерживают программную модель AXP288D, они рассчитаны на работу со «стандартным» системным мониторингом, а PMIC-контроллер к таковым, понятное дело, не относится.

AXP288D, как датчик уровня топлива

Даташит на AXP288D говорит о том, что одной из задач контроллера является зарядка литиевых аккумуляторов (заодно и подпитка батареи, ответственной за состояние CMOS-памяти). По этой причине этот PMIC-контроллер называют еще Fuel Gauge («датчиком уровня топлива»), подразумевая уровень заряда питающих аккумуляторов. Часто используется и более изысканное наименование: e-gauge.

Казалось бы, в отсутствие своих аккумуляторов стик-компьютеру заряжать нечего (CR1220W, как источник питания для CMOS, этого не требует)? Но тут мы вспоминаем про устройства, питающиеся от USB-шины. Весьма кстати приходится информация, доступная на сайте X-Powers, о том, что PMIC-контроллер AXP288D соответствует требованиям Battery Charging Specification. Так ли это? Рассмотрим блок схему контроллера:

Блок-схема раздачи питающих напряжений с помощью PMIC-контроллера AXP288D
Рис 4
. Блок-схема раздачи питающих напряжений с помощью PMIC-контроллера AXP288D

На первый взгляд чип AXP288D способен обслуживать зарядку не только от USB-шины, но также и от отдельного источника питания +5V без участия протокола Battery Charging. Из блок-схемы не следует, что для этого задействованы квитирующие сигналы по USB-линиям Data+ и Data-. Тем не менее, на 43 стр. документации от X-Powers мы находим раздел 9.3. BC Detection Mode:

Таблица портов контроллера AXP288D, поддерживающих спецификацию Battery Charging
Рис 5
. Таблица портов контроллера AXP288D, поддерживающих спецификацию Battery Charging

Резюме

Полученный результат о поддержке спецификации Battery Charging на платформе Intel – маленький праздник. До сего дня такой функциональностью не могла похвастать ни одна из реализаций, использующих системную логику процессорного гиганта. Ибо, как известно, USB-контроллеры Intel по каким-то особым соображениям разработаны без поддержки BC v1.2. Наконец-то и этот пробел заполнен. Пусть и с помощью PMIC-контроллера AXP288D от компании X-Powers. Теперь дело за малым: получить доступ к программному управлению процессом зарядки устройств, подключенных к USB-шине микрокомпьютера Intel Compute Stick.

Теги: