上電復(fù)位電路的使用策略

　　摘要：工程師們?cè)谡{(diào)試各式各樣的板子時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)開機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤，系統(tǒng)無法正常打開，接下來我們將列舉電路板上電時(shí)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。

　　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(dá)到閾值電壓——POR電路就會(huì)釋放內(nèi)部復(fù)位信號(hào)——狀態(tài)機(jī)開始初始化器件。

　　在初始化完成之前，器件忽略外部信號(hào)，包括傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。唯一例外是復(fù)位引腳，它會(huì)利用POR信號(hào)內(nèi)部選通。

　　1.1POR電路長什么樣?

　　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(fù)位。如圖1.1所示。

　　圖2 簡化的POR電路

　　1.2POR怎么運(yùn)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(duì)模擬模塊會(huì)更好，若過于接近推薦最小電源電壓，當(dāng)電壓略微降低時(shí)，可能會(huì)意外觸發(fā)復(fù)位。

　　如果器件包括獨(dú)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(gè)POR電路，使兩個(gè)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(duì)付短暫斷電?

　　POR 電路有時(shí)會(huì)集成一個(gè)掉電檢測(cè)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(fù)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(dāng)電源電壓降至VT2以下時(shí)，POR不會(huì)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(cè)

　　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(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(diào)性電源有震蕩時(shí)

　　實(shí)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(gè)啟動(dòng)模塊來產(chǎn)生啟動(dòng)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?yàn)槿羰褂梅菃握{(diào)性電源，當(dāng)偏差接近任何閾值電平時(shí)，非單調(diào)性斜坡可能會(huì)引起問題。

　　較高的閾值偏差會(huì)引起同樣的非單調(diào)性序列對(duì)某一個(gè)元件有效，而對(duì)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(dòng)?可能是殘壓

　　某些時(shí)候，即使斷開電源(禁用LDO)，儲(chǔ)能電容也會(huì)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(shí)序該如何安排?

　　某些數(shù)據(jù)手冊(cè)給出了應(yīng)當(dāng)應(yīng)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(dú)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(shù)字電源先于模擬電源供電(這是常規(guī)，因?yàn)閿?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(gè)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(huì)引起問題。POR 電路要在各種壓擺率下進(jìn)行評(píng)估，以保證其在正常電源條件下能正確工作。數(shù)據(jù)手冊(cè)會(huì)說明是否需要快速電源斜坡(100 μs或更短)。

　　例如，對(duì)于用細(xì)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(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(dá)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(fù)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。