如何快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上下電時(shí)間

前言

電路設(shè)計(jì)中，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，因此設(shè)計(jì)中我們會(huì)格外關(guān)注系統(tǒng)電源的上下電時(shí)間，如果上下電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致MCU啟動(dòng)失敗或系統(tǒng)運(yùn)行邏輯混亂，因此縮短MCU電源的上電和放電時(shí)間就顯得尤為重要。

如何加快系統(tǒng)上電時(shí)間？

以LDO或Buck類電源為例，之前項(xiàng)目中遇到一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槭鼓芤_EN輸入電壓范圍跟輸入引腳VIN一樣，因此設(shè)計(jì)時(shí)直接將使能引腳接電源，后面板子回來(lái)做硬件測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)電源上電期間有抖動(dòng)現(xiàn)象，且上電時(shí)間比較長(zhǎng)。

后來(lái)通過(guò)分壓電阻將使能引腳用起來(lái)，上電抖動(dòng)消失，并且上電時(shí)間明顯減小。那么，為什么會(huì)有這種情況？

原因：使能引腳通過(guò)外部上拉來(lái)默認(rèn)使能，會(huì)過(guò)早地讓電源芯片達(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，并且這種接法在輸入電壓不高的情況下打開(kāi)芯片可能會(huì)導(dǎo)致芯片輸出又跌落的情況發(fā)生。如下圖1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1 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(zhǎng)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(lái)說(shuō)才是干凈利落的！

如何快速使系統(tǒng)下電？

系統(tǒng)快速下電的必要性：

系統(tǒng)在做快速上下電測(cè)試時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到由于下電緩慢，導(dǎo)致系統(tǒng)下電不完全導(dǎo)致的重新開(kāi)機(jī)邏輯混亂問(wèn)題。如下圖2所示：

圖 2 掉電緩慢示意圖

如上圖2所示，當(dāng)電源掉電，負(fù)載不能及時(shí)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(wú)法及時(shí)“歸零”，對(duì)MCU等數(shù)字器件來(lái)說(shuō)，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，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。

哪些方法：

以LDO為例，有的LDO芯片內(nèi)部是帶有快速泄放電路的，如下圖3規(guī)格書(shū)中描述。這是一款帶有快速放電功能的電源芯片。其內(nèi)部功能框圖如下圖4所示，基本原理是使能引腳EN拉低后，通過(guò)反相器變?yōu)楦唠娖降竭_(dá)內(nèi)部NMOS，此時(shí)NMOS的Vgs>0，因此導(dǎo)通將輸出VOUT拉低到GND泄放能量。

圖3

圖4

搭建分立電路做快速泄放電路，很多人分享過(guò)，這里大概講下原理，電路原理圖如下圖5所示。

開(kāi)關(guān)SW閉合時(shí)：

5V電源通過(guò)二極管D1成為電壓4.7V-Out。因?yàn)槎O管D1是一個(gè)肖特基二極管，其正向壓降比較小，約為0.3V。

此時(shí)三極管Q1的b極電壓為5V，e極電壓為4.7V，Q1不導(dǎo)通

開(kāi)關(guān)SW斷開(kāi)時(shí)：

三極管Q1的e極電壓從4.7V開(kāi)始下降，b極電壓從4V開(kāi)始下降，Vbe = -0.7V，將Q1打開(kāi)，大電容C1的電壓4.7V-Out通過(guò)三極管Q1、電阻R2快速泄放到地。

圖 5 電路原理圖

仿真波形圖如下：可以看出加了泄放電路的下電波形明顯要快于未添加的。

圖 6 未添加泄放電路的仿真圖

圖 7添加泄放電路的仿真圖

審核編輯：郭婷