上電復(fù)位電路的使用策略
摘要:工程師們在調(diào)試各式各樣的板子時,常會出現(xiàn)開機出現(xiàn)錯誤,系統(tǒng)無法正常打開,接下來我們將列舉電路板上電時可能引發(fā)的一些常見系統(tǒng)問題,并說明了保證電路板正確初始化的基本原則。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201601/285410.htm
許多IC 都包含POR電路
(上電復(fù)位,即Power-on Reset)
(上電復(fù)位,即Power-on Reset)
(上電復(fù)位,即Power-on Reset)!重要的事情說三遍!
其作用是保證板子上電后,模擬和數(shù)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電路就會釋放內(nèi)部復(fù)位信號——狀態(tài)機開始初始化器件。
在初始化完成之前,器件忽略外部信號,包括傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。唯一例外是復(fù)位引腳,它會利用POR信號內(nèi)部選通。
1.1POR電路長什么樣?
先通俗的科普一個概念,窗口比較器:常用兩個比較器組成(雙比較器),它有兩個閾值電壓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
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,電路就自動復(fù)位。如圖1.1所示。
圖2 簡化的POR電路
1.2POR怎么運作?
比較器窗口通常由數(shù)字電源電平定義。數(shù)字模塊控制模擬模塊,數(shù)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閾值對模擬模塊會更好,若過于接近推薦最小電源電壓,當(dāng)電壓略微降低時,可能會意外觸發(fā)復(fù)位。
如果器件包括獨立的模擬電源和數(shù)字電源,則避免故障的一種策略是增加一個POR電路,使兩個模塊保持復(fù)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 電路有時會集成一個掉電檢測器(BOD),用于防止電路在電壓非常短暫地意外降低時發(fā)生復(fù)位。實際上,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(dāng)電源電壓降至VT2以下時,POR不會產(chǎn)生復(fù)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(shù)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,控制器可以在電源降至某一電平以下時中止活動,使整個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(diào)性電源有震蕩時
實際的POR電路比圖1.1所示的簡化版本要復(fù)雜得多, POR電路需要一個啟動模塊來產(chǎn)生啟動脈沖,這種情況下必須使用單調(diào)性電源(單調(diào)上升或下降而沒有震蕩的電源),因為若使用非單調(diào)性電源,當(dāng)偏差接近任何閾值電平時,非單調(diào)性斜坡可能會引起問題。
較高的閾值偏差會引起同樣的非單調(diào)性序列對某一個元件有效,而對其他元件無效,如圖1.3所示。
圖4 非單調(diào)性電源斜坡
圖 5 單調(diào)性電源斜坡
解決方法:使用單調(diào)性電源,避免斜坡引起問題。
二、系統(tǒng)無法啟動?可能是殘壓
某些時候,即使斷開電源(禁用LDO),儲能電容也會保留一定的殘余電壓,POR將無法正確復(fù)位,器件將無法正確初始化。如圖1.4所示。
圖6 殘壓
解決方法:此電壓應(yīng)盡可能小,以便保證殘壓能降至VT1 以下。
三、上電時序該如何安排?
某些數(shù)據(jù)手冊給出了應(yīng)當(dāng)應(yīng)用于具有一個以上電源引腳的器件的推薦供電“時序”。遵守這個序列是很重要的。例如,想想一個具有兩個獨立電源的器件。
圖 7 推薦上電時序
解決方法:推薦供電序列要求數(shù)字電源先于模擬電源供電(這是常規(guī),因為數(shù)字模塊控制模擬模塊,所以必須首先為數(shù)字模塊供電),該模塊必須首先初始化。哪個電源首先開始上升不重要,但數(shù)字電源必須先于模擬電源跨過閾值,如圖1.5所示。如果電源之間的延遲為100 μs左右,則影響應(yīng)當(dāng)很小,器件應(yīng)能正確初始化。
四、其他小結(jié)
由于內(nèi)部三極管寄生效應(yīng),數(shù)百ms 的慢速電源斜坡可能會引起問題。POR 電路要在各種壓擺率下進行評估,以保證其在正常電源條件下能正確工作。數(shù)據(jù)手冊會說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,不良的接地連接會具有高阻抗,它可能會在上電期間產(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充電,導(dǎo)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、電壓和時間的漂移)。此外,閾值電壓具有負溫度系數(shù)。例如,VT1 在室溫下為0.8V,在-40°C下為0.9 V,在+105°C 為0.7V。
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