MCU啟動(dòng)失敗竟因GPIO先上電？

大家好，我是痞子衡，是正經(jīng)搞技術(shù)的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT1xxx系列GPIO提早供電會(huì)影響上電時(shí)序?qū)е聝?nèi)部DCDC啟動(dòng)失敗。

最近有一個(gè) RW612 產(chǎn)品線的同事在設(shè)計(jì)一個(gè)雙 MCU 系統(tǒng) Demo 時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng) RW612 板卡和 RT1060 板卡通過 UART 對(duì)接時(shí)，如果 RW612 板卡提前上電，RT1060 板卡后上電，會(huì)導(dǎo)致 RT1060 程序無法正常啟動(dòng)。這其實(shí)是一個(gè) i.MX RT 系列上典型的上電時(shí)序問題，今天痞子衡就和大家聊聊這個(gè)話題：

Note: 本文內(nèi)容以 i.MXRT1060 為例，但基本也適用其他 i.MXRT1xxx 系列。

一、快速?gòu)?fù)現(xiàn)問題

痞子衡同事在用兩塊 MCU 板卡（RW612+RT1060）對(duì)接時(shí)遇到了問題，想復(fù)現(xiàn)這個(gè)問題，其實(shí)沒有那么復(fù)雜，我們可以用一個(gè)USB轉(zhuǎn)串口模塊（3.3V）代替 RW612 來和 RT1060 的 ROM ISP UART 口連接：

痞子衡使用得這個(gè)USB轉(zhuǎn)串口模塊 TXD 和 RXD 驅(qū)動(dòng)能力不同，空載電壓測(cè)得均是 3.55V，但是和未上電的 RT1060-EVKB 板卡對(duì)接時(shí)，電壓會(huì)有所下降，因此痞子衡測(cè)試了不同連接組合下的 RT1060 板卡上電啟動(dòng)結(jié)果：

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從測(cè)試結(jié)果可以看到，RT1060 程序啟動(dòng)失敗的主要原因是板卡上電后，VDD_SOC_IN 上沒有電壓（即主芯片內(nèi)部 DCDC 沒有輸出）。

二、內(nèi)部DCDC上電時(shí)序要求

在分析啟動(dòng)失敗問題前，首先需要簡(jiǎn)單了解下 i.MXRT1xxx 芯片內(nèi)部的 DCDC 模塊。在一些成本敏感的應(yīng)用中，首推使用芯片內(nèi)部 DCDC 供電給內(nèi)核，因此 DCDC 模塊能否正常啟動(dòng)決定了內(nèi)核能否正常運(yùn)行。

在恩智浦官網(wǎng)文檔 《i.MX RT Hardware Development Guide for the MIMXRT1050/MIMXRT1060 Processor》 里對(duì)上電時(shí)序做了如下嚴(yán)格規(guī)定，其中最常發(fā)生問題的地方就是有效 DCDC_PSWITCH 和 DCDC_IN 之間至少 1ms 的延時(shí)（以 DCDC_IN 穩(wěn)定在 3V 為時(shí)間起點(diǎn)，以 DCDC_PSWITCH 上升到 1.5V 為時(shí)間終點(diǎn)），如果不滿足這個(gè) 1ms 延時(shí)要求，內(nèi)部 DCDC 模塊則可能會(huì)啟動(dòng)失敗，無法正常輸出電壓給內(nèi)核（DCDC_LP 腳）。

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? The VDD_SNVS_IN supply must be turned on before any other power supply or connected (shorted) with the VDD_HIGH_IN supply.
? If a coin-cell battery is used to power VDD_SNVS_IN, ensure that it is connected before any other supply is switched on.
? An RC delay circuit is recommended for providing the delay between DCDC_IN stable and DCDC_PSWITCH. The total RC delay should be 5-15 ms.
? DCDC_IN must reach a minimum 3.0 V within 0.3 x RC.
? The delay from DCDC_IN stable at 3.0 V min to DCDC_PSWITCH reaching 0.5 x DCDC_IN (1.5 V) must be at least 1 ms.
? The power-up slew rate specification for other power domains is 360 V/s – 36k V/s.
? POR_B must be held low during the entire power up sequence

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三、GPIO提早供電的影響

現(xiàn)在我們查看一下 RT1060-EVKB 原理圖設(shè)計(jì)，外部電源輸入 DCDC_3V3 負(fù)責(zé)給 NVCC_GPIO/SD1/EMC 以及 DCDC_IN 供電，同時(shí) DCDC_IN 也經(jīng)過了一個(gè) RC 延時(shí)電路供電給 DCDC_PSWITCH，這是符合硬件設(shè)計(jì)要求的。

由于 RT1060 上 GPIO_AD_Bx 和 GPIO_Bx 兩組 PAD 供電均來自于 NVCC_GPIO，當(dāng)其中任何一個(gè) GPIO 有電壓時(shí)，均可能會(huì)漏電到 NVCC_GPIO。因此我們提前將 USB 轉(zhuǎn)串口模塊通過 ROM ISP UART 連到板卡，即會(huì)漏電到了 NVCC_GPIO->DCDC_3V3->DCDC_IN->DCDC_PSWITCH，即相當(dāng)于給 DCDC_PSWITCH 的 RC 電路預(yù)充了一定電，等板卡正式上電，RC 電路升壓到 1.5V 的時(shí)間就會(huì)縮短。這也就是上個(gè)小節(jié)表格里為何 DCDC_PSWITCH 預(yù)充到 0.33V 時(shí)不影響上電時(shí)序，而預(yù)充到 1.42V 時(shí)就不行了，因?yàn)檠訒r(shí)小于 1ms 了。

根據(jù) RT1060-EVKB 這樣的電源電路設(shè)計(jì)，不僅僅 ROM ISP UART 兩個(gè)引腳提前上電會(huì)影響芯片啟動(dòng)，屬于 NVCC_GPIO/SD1/EMC 供電下的任何一個(gè) GPIO 提前上電都會(huì)產(chǎn)生相同的效果。但是 NVCC_SD0 供電下的 GPIO 則不會(huì)影響啟動(dòng)，因?yàn)樗谧呔€上和 DCDC_PSWITCH 之間沒有連接。

四、多板卡連接的解決方案

現(xiàn)在我們知道了問題產(chǎn)生的原因，以后遇到此類問題，第一時(shí)間先去測(cè)量 i.MXRT1xxx 內(nèi)部 DCDC 輸出（DCDC_LP）的電壓（如果為 0，則一定是上電時(shí)序問題）。那該如何規(guī)避問題呢？以與 RT1060-EVKB 連接為例則有如下三個(gè)方法：

方法一: 兩個(gè)板卡之間用 UART 信號(hào)連接時(shí)串上隔離電阻（比如1K歐姆），這樣能降低漏電到 NVCC_GPIO 的電壓（以實(shí)測(cè)為準(zhǔn)）。

方法二: 選用不干擾 DCDC_PSWITCH 信號(hào)的 GPIO 組（對(duì)于 RT1060-EVKB，則是 GPIO_SD_B0_xx 引腳）進(jìn)行連接。

方法三: 將 RT1060-EVKB 板卡，改為外部 PMIC 供電，棄用主芯片內(nèi)部 DCDC。

至此，i.MXRT1xxx系列GPIO提早供電會(huì)影響上電時(shí)序?qū)е聝?nèi)部DCDC啟動(dòng)失敗便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~

審核編輯：黃飛

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