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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VAVT2，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。 |
