如何解決MCU上下電問題？

對于需要進行掉電保存或掉電報警功能的產品，利用大容量電容的儲能作用，為保存數(shù)據和系統(tǒng)關閉提供時間，往往是很多工程師的選擇。而在不需要掉電保存數(shù)據的系統(tǒng)中，為了抑制電源紋波、電源干擾和負載變化，在電源端也會并接一個適當容量的電容。

然而電路中電容并不是越大越好，由于電容的儲能作用，大容量的電容則可能延長系統(tǒng)地上電時間和下電時間，而上下電時間的延長，則容易導致MCU啟動失敗或進入栓鎖狀態(tài)，因此縮短MCU電源的上電和放電時間就顯得尤為重要。針對單電源的系統(tǒng)，ZLG推出了帶EN控制和內嵌快速放電功能的LDO:ZL6205，來為您的系統(tǒng)助力。

圖1  ZL6205

1.  巧用EN，縮短上電時間

眾所周知，滿足MCU的上電時序，是系統(tǒng)設計最基本最重要的要求之一，因此仔細研讀芯片的上下電時序是非常有必要的。如下圖2所示為某系列MCU對上電時間的要求。

圖2  上電要求

由上圖可知該MCU對上電的主要要求有：

·  上電時間tr不能超過為500ms；

·  上電前的電壓VI需要低于200mV至少12us。

這就要求盡可能地縮短上電時間，特別是電路中存在大電容或者超級電容時，上電時間過長容易導致系統(tǒng)無法啟動或者器件閂鎖的問題。

縮短上電時間，一種簡單的方法莫過于控制電源芯片的EN引腳。巧用EN引腳的分壓電阻就能夠很好地縮短系統(tǒng)的上電時間。很多人在使用電源芯片時一般都是外部上拉來默認使能，而過早地達到使能閾值，輸出就會跟隨輸入，即輸入有多慢輸出就有多慢，且上電時輸入端的抖動也會傳送給輸出。如下圖3所示為設置EN直接上拉和采用分壓電路時的輸出曲線示意圖。

圖3  EN上拉至輸入和采用分壓電路時的輸出曲線

·  曲線①，使能上拉至輸入，此時輸出上升時間長且會受到輸入波動的影響；

·  曲線②，合理采用分壓電阻，當VIN上升到70%~80%的時候，再使EN的電壓到達使能閾值，此時輸出上升邊沿陡峭，輸出平穩(wěn)，摒除了輸入電源的不穩(wěn)定階段，減小了輸入電壓波動的影響。同時預留了20%~30%的余量，避免電源波動導致輸出關閉。此時的上電對于MCU來說才是干凈利落的！

圖4  ZL6205典型應用電路

解決了上電問題還不夠？還有下電問題？別急，ZL6205還內嵌了快速放電電路，提升系統(tǒng)下電速度。

2.  ZL6205自帶放電電路，為快速下電助力

前面我們解決了上電緩慢的問題，并不意味著系統(tǒng)就能穩(wěn)定地啟動，由圖2可知，還需要滿足MCU上電時的輸入電壓低于200mV至少12us，這表明在快速上下電時，系統(tǒng)下電是否掉得“干凈”和系統(tǒng)的啟動也是息息相關的。

到這里就不得不說我司的自主芯片ZL6205了，采用SOT-23封裝，帶有EN使能引腳，可以靈活地控制輸出電源，給后級電路一個干凈、快速、穩(wěn)定的電源。如下圖4所示為ZL6205的典型應用圖。

圖5  掉電緩慢示意圖

如圖5所示，當系統(tǒng)掉電負載不能很快地泄放能量時，就會出現(xiàn)MCU等數(shù)字器件掉電緩慢的情況。若此時重新上電，由于芯片內部無法及時“歸零”，對MCU等數(shù)字器件來說，這是一種不確定的狀態(tài)，此時再對系統(tǒng)進行重新上電的操作，就容易造成MCU邏輯混亂，從而出現(xiàn)器件閂鎖，系統(tǒng)不能啟動的情況。

因此電源關閉后使MCU的電源快速下降至近0V，使系統(tǒng)在短時間內到達一種確定的狀態(tài)，也是快速重新上電時系統(tǒng)能正常啟動的關鍵因素。

下電緩慢的問題在設計過程中容易被忽略，在產品調試階段才發(fā)現(xiàn)問題往往為時已晚，重新為系統(tǒng)增加快速放電電路既耗時又耗力。但若是系統(tǒng)中搭配了我司的ZL6205，掉電問題則可迎刃而解! 

圖6  ZL6205內部框圖

如上圖6所示為ZL6205的內部框圖，當輸入電壓下電時，若EN電壓低于使能閾值，則會啟動內部的快速放電電路，在輸出端加載一個240Ω的泄放電阻，以使輸出電壓迅速掉電。此時LDO的輸出電壓即MCU的輸入電源，能夠快速的“歸零”，避免再次快速上電時系統(tǒng)啟動失敗。

3.  解決方案推薦

當遇到系統(tǒng)啟動失敗的問題時，請先使用示波器檢查器件的供電引腳是不是存在上電緩慢，掉電不徹底的情況。當遇到該情況時，可以選擇在電路中搭配使用廣州致遠微電子有限公司自主研發(fā)的LDO：ZL6205。ZL6205是我司自行設計的一款500mA低壓差線性穩(wěn)壓器，可在負載電流和電源電壓變化時做出快速響應。

主要特性有：

·  500mA最大輸出電流；

·  低壓差（典型值為240mV@IO=500mA）；

·  必要時外部10 nF旁路電容，用于低噪聲；

·  快速啟動；

·  具有快速放電功能；

·  靜態(tài)電流典型值50μA；

·  初始電壓精度±1.0%；

·  欠壓保護；

·  過流保護；

·  短路保護；

·  過溫保護；

選型表則如下表所示。

表1  ZL6205選型表

注：其他輸出電壓可接受芯片定制。

4.    結語

系統(tǒng)中的器件對于電源的上下電有嚴格的要求，在產品的設計當中，要關注核心器件的上下電要求，包括上下電的時序，斜率等。不合理的設計往往會引起系統(tǒng)上電無法啟動等異常情況。當然遇到這種情況時也別著急，可以嘗試ZLG的ZL6205。