如何解決MCU上下電問題？

對(duì)于需要進(jìn)行掉電保存或掉電報(bào)警功能的產(chǎn)品，利用大容量電容的儲(chǔ)能作用，為保存數(shù)據(jù)和系統(tǒng)關(guān)閉提供時(shí)間，往往是很多工程師的選擇。而在不需要掉電保存數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，為了抑制電源紋波、電源干擾和負(fù)載變化，在電源端也會(huì)并接一個(gè)適當(dāng)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(chǔ)能作用，大容量的電容則可能延長系統(tǒng)地上電時(shí)間和下電時(shí)間，而上下電時(shí)間的延長，則容易導(dǎo)致MCU啟動(dòng)失敗或進(jìn)入栓鎖狀態(tài)，因此縮短MCU電源的上電和放電時(shí)間就顯得尤為重要。針對(duì)單電源的系統(tǒng)，ZLG推出了帶EN控制和內(nèi)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(shí)間

眾所周知，滿足MCU的上電時(shí)序，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)最基本最重要的要求之一，因此仔細(xì)研讀芯片的上下電時(shí)序是非常有必要的。如下圖2所示為某系列MCU對(duì)上電時(shí)間的要求。

圖2  上電要求

由上圖可知該MCU對(duì)上電的主要要求有：

·  上電時(shí)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(shí)間，特別是電路中存在大電容或者超級(jí)電容時(shí)，上電時(shí)間過長容易導(dǎo)致系統(tǒng)無法啟動(dòng)或者器件閂鎖的問題。

縮短上電時(shí)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(shí)間。很多人在使用電源芯片時(shí)一般都是外部上拉來默認(rèn)使能，而過早地達(dá)到使能閾值，輸出就會(huì)跟隨輸入，即輸入有多慢輸出就有多慢，且上電時(shí)輸入端的抖動(dòng)也會(huì)傳送給輸出。如下圖3所示為設(shè)置EN直接上拉和采用分壓電路時(shí)的輸出曲線示意圖。

圖3  EN上拉至輸入和采用分壓電路時(shí)的輸出曲線

·  曲線①，使能上拉至輸入，此時(shí)輸出上升時(shí)間長且會(huì)受到輸入波動(dòng)的影響；

·  曲線②，合理采用分壓電阻，當(dāng)VIN上升到70%~80%的時(shí)候，再使EN的電壓到達(dá)使能閾值，此時(shí)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(dòng)的影響。同時(shí)預(yù)留了20%~30%的余量，避免電源波動(dòng)導(dǎo)致輸出關(guān)閉。此時(shí)的上電對(duì)于MCU來說才是干凈利落的！

圖4  ZL6205典型應(yīng)用電路

解決了上電問題還不夠？還有下電問題？別急，ZL6205還內(nèi)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(dòng)，由圖2可知，還需要滿足MCU上電時(shí)的輸入電壓低于200mV至少12us，這表明在快速上下電時(shí)，系統(tǒng)下電是否掉得“干凈”和系統(tǒng)的啟動(dòng)也是息息相關(guān)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(jí)電路一個(gè)干凈、快速、穩(wěn)定的電源。如下圖4所示為ZL6205的典型應(yīng)用圖。

圖5  掉電緩慢示意圖

如圖5所示，當(dāng)系統(tǒng)掉電負(fù)載不能很快地泄放能量時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)MCU等數(shù)字器件掉電緩慢的情況。若此時(shí)重新上電，由于芯片內(nèi)部無法及時(shí)“歸零”，對(duì)MCU等數(shù)字器件來說，這是一種不確定的狀態(tài)，此時(shí)再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(dòng)的情況。

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

下電緩慢的問題在設(shè)計(jì)過程中容易被忽略，在產(chǎn)品調(diào)試階段才發(fā)現(xiàn)問題往往為時(shí)已晚，重新為系統(tǒng)增加快速放電電路既耗時(shí)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(nèi)部框圖

如上圖6所示為ZL6205的內(nèi)部框圖，當(dāng)輸入電壓下電時(shí)，若EN電壓低于使能閾值，則會(huì)啟動(dòng)內(nèi)部的快速放電電路，在輸出端加載一個(gè)240Ω的泄放電阻，以使輸出電壓迅速掉電。此時(shí)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(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)失敗。

3.  解決方案推薦

當(dāng)遇到系統(tǒng)啟動(dòng)失敗的問題時(shí)，請(qǐng)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(dāng)遇到該情況時(shí)，可以選擇在電路中搭配使用廣州致遠(yuǎn)微電子有限公司自主研發(fā)的LDO：ZL6205。ZL6205是我司自行設(shè)計(jì)的一款500mA低壓差線性穩(wěn)壓器，可在負(fù)載電流和電源電壓變化時(shí)做出快速響應(yīng)。

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(shí)外部10 nF旁路電容，用于低噪聲；

·  快速啟動(dòng)；

·  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(hù)；

·  過流保護(hù)；

·  短路保護(hù)；

·  過溫保護(hù)；

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(jié)語

系統(tǒng)中的器件對(duì)于電源的上下電有嚴(yán)格的要求，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中，要關(guān)注核心器件的上下電要求，包括上下電的時(shí)序，斜率等。不合理的設(shè)計(jì)往往會(huì)引起系統(tǒng)上電無法啟動(dòng)等異常情況。當(dāng)然遇到這種情況時(shí)也別著急，可以嘗試ZLG的ZL6205。