摘要:工程師們在調試各式各樣的板子時(shí),常會(huì )出現開(kāi)機出現錯誤,系統無(wú)法正常打開(kāi),接下來(lái)我們將列舉電路板上電時(shí)可能引發(fā)的一些常見(jiàn)系統問(wèn)題,并說(shuō)明了保證電路板正確初始化的基本原則。
許多IC 都包含POR電路
(上電復位,即Power-on Reset)
(上電復位,即Power-on Reset)
(上電復位,即Power-on Reset)!重要的事情說(shuō)三遍!
其作用是保證板子上電后,模擬和數字模塊初始化至已知狀態(tài)。
POR三步走:電源電壓達到閾值電壓——POR電路就會(huì )釋放內部復位信號——狀態(tài)機開(kāi)始初始化器件。
在初始化完成之前,器件忽略外部信號,包括傳輸的數據。唯一例外是復位引腳,它會(huì )利用POR信號內部選通。
1.1POR電路長(cháng)什么樣?
先通俗的科普一個(gè)概念,窗口比較器:常用兩個(gè)比較器組成(雙比較器),它有兩個(gè)閾值電壓VT2(高閾值電壓)及VT1(低閾值電壓),若VT1≤VA≤VT2,Vout輸出高電平;若VA<VT1,VA>VT2,則Vout輸出低電平。

圖 1 雙比較器
POR電路可以表示為窗口比較器,也就是一旦工作電壓落在高低閾值之間,電路就自動(dòng)復位。如圖1.1所示。

圖2 簡(jiǎn)化的POR電路
1.2POR怎么運作?
比較器窗口通常由數字電源電平定義。數字模塊控制模擬模塊,數字模塊全面工作所需的電壓與模擬模塊工作所需的最小電壓相似。
較高的VT2閾值對模擬模塊會(huì )更好,若過(guò)于接近推薦最小電源電壓,當電壓略微降低時(shí),可能會(huì )意外觸發(fā)復位。
如果器件包括獨立的模擬電源和數字電源,則避免故障的一種策略是增加一個(gè)POR電路,使兩個(gè)模塊保持復位狀態(tài),直至電源電壓高到足以確保電路正常工作。
1.3POR怎么對付短暫斷電?
POR 電路有時(shí)會(huì )集成一個(gè)掉電檢測器(BOD),用于防止電路在電壓非常短暫地意外降低時(shí)發(fā)生復位。實(shí)際上,掉電電路給POR模塊所定義的閾值電壓增加了遲滯,通常為300mV左右。BOD保證,當電源電壓降至VT2以下時(shí),POR不會(huì )產(chǎn)生復位脈沖,除非電源電壓降至另一閾值VBOD(VT2-300mv)以下,如圖1.2所示。

圖 3 掉電檢測
掉電閾值電平足以保證數字電路保留信息,但不足以保證其正常工作。這樣,如果電源電平只是非常短暫地降低的話(huà),控制器可以在電源降至某一電平以下時(shí)中止活動(dòng),使整個(gè)器件都免于重新初始化。
1.4正確上電要掌握的三種情況
一、單調性電源有震蕩時(shí)
實(shí)際的POR電路比圖1.1所示的簡(jiǎn)化版本要復雜得多, POR電路需要一個(gè)啟動(dòng)模塊來(lái)產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖,這種情況下必須使用單調性電源(單調上升或下降而沒(méi)有震蕩的電源),因為若使用非單調性電源,當偏差接近任何閾值電平時(shí),非單調性斜坡可能會(huì )引起問(wèn)題。
較高的閾值偏差會(huì )引起同樣的非單調性序列對某一個(gè)元件有效,而對其他元件無(wú)效,如圖1.3所示。

圖4 非單調性電源斜坡

圖 5 單調性電源斜坡
解決方法:使用單調性電源,避免斜坡引起問(wèn)題。
二、系統無(wú)法啟動(dòng)?可能是殘壓
某些時(shí)候,即使斷開(kāi)電源(禁用LDO),儲能電容也會(huì )保留一定的殘余電壓,POR將無(wú)法正確復位,器件將無(wú)法正確初始化。如圖1.4所示。

圖6 殘壓
解決方法:此電壓應盡可能小,以便保證殘壓能降至VT1 以下。
三、上電時(shí)序該如何安排?
某些數據手冊給出了應當應用于具有一個(gè)以上電源引腳的器件的推薦供電“時(shí)序”。遵守這個(gè)序列是很重要的。例如,想想一個(gè)具有兩個(gè)獨立電源的器件。

圖 7 推薦上電時(shí)序
解決方法:推薦供電序列要求數字電源先于模擬電源供電(這是常規,因為數字模塊控制模擬模塊,所以必須首先為數字模塊供電),該模塊必須首先初始化。哪個(gè)電源首先開(kāi)始上升不重要,但數字電源必須先于模擬電源跨過(guò)閾值,如圖1.5所示。如果電源之間的延遲為100 μs左右,則影響應當很小,器件應能正確初始化。
四、其他小結
由于內部三極管寄生效應,數百ms 的慢速電源斜坡可能會(huì )引起問(wèn)題。POR 電路要在各種壓擺率下進(jìn)行評估,以保證其在正常電源條件下能正確工作。數據手冊會(huì )說(shuō)明是否需要快速電源斜坡(100 μs或更短)。
例如,對于用細電纜連接電源的電路板,不良的接地連接會(huì )具有高阻抗,它可能會(huì )在上電期間產(chǎn)生毛刺。另外,在某些電磁環(huán)境(EME)下,MOS晶體管的寄生柵極電容可能會(huì )充電,導致晶體管不能正常工作,除非讓該電容放電。這可能引起POR初始化失敗。
漂移和容差也需要考慮。某些情況下,電容等分立元件具有高容差(高達40%)和高漂移(隨溫度、電壓和時(shí)間的漂移)。此外,閾值電壓具有負溫度系數。例如,VT1 在室溫下為0.8V,在-40°C下為0.9 V,在+105°C 為0.7V。 |