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摘要：工程師們在調試各式各樣的板子時，常會出現開機出現錯誤，系統無法正常打開，接下來我們將列舉電路板上電時可能引發的一些常見系統問題，并說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。 POR三步走：電源電壓達到閾值電壓——POR電路就會釋放內部復位信號——狀態機開始初始化器件。 在初始化完成之前，器件忽略外部信號，包括傳輸的數據。唯一例外是復位引腳，它會利用POR信號內部選通。 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，電路就自動復位。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閾值對模擬模塊會更好，若過于接近推薦最小電源電壓，當電壓略微降低時，可能會意外觸發復位。 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POR電路，使兩個模塊保持復位狀態，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生復位。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，當電源電壓降至VT2以下時，POR不會產生復位脈沖，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，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雜得多， POR電路需要一個啟動模塊來產生啟動脈沖，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，非單調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，避免斜坡引起問題。 二、系統無法啟動?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? 某些數據手冊給出了應當應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。哪個電源首先開始上升不重要，但數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。數據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生毛刺。另外，在某些電磁環境(EME)下，MOS晶體管的寄生柵極電容可能會充電，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。 |
