簡介
許多IC 都包含上電復(fù)位(POR)電路,其作用是保證在施加電源后,模擬和數(shù)字模塊初始化至已知狀態(tài)。基本POR功能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部復(fù)位脈沖以避免"競爭"現(xiàn)象,并使器件保持靜態(tài),直至電源電壓達(dá)到一個(gè)能保證正常工作的閾值。注意,此閾值電壓不同于數(shù)據(jù)手冊中給出的最小電源電壓。一旦電源電壓達(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,器件應(yīng)當(dāng)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(如有),它會(huì)利用POR信號(hào)內(nèi)部選通。POR電路可以表示為窗口比較器,如圖1 所示。比較器電平VT2在電路設(shè)計(jì)期間定義,取決于器件的工作電壓和制程尺寸。
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,如圖2所示。
這些電壓會(huì)隨著制程以及其他設(shè)計(jì)偏移而變化,但它們是合理的近似值。閾值容差可以是20%或更大,某些舊式設(shè)計(jì)的容差高達(dá)40%。高容差與功耗相關(guān)。POR必須一直使能,因此精度與功耗之間始終存在的取舍關(guān)系很重要;較高的精度會(huì)提高電路在待機(jī)模式下的功耗,而對功能性并無實(shí)際意義。
掉電檢測器
POR 電路有時(shí)會(huì)集成一個(gè)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(shí)發(fā)生復(fù)位,從而避免故障。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以下,如圖3 所示。
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器件正確上電
實(shí)際的POR電路比圖1 所示的簡化版本要復(fù)雜得多,例如用MOS晶體管代替電阻。因此,必須考慮寄生模型。另外,POR電路需要一個(gè)啟動(dòng)模塊來產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖,這在某些情況下可能會(huì)失效。其他重要考慮在以下內(nèi)容中說明。
必須使用單調(diào)性電源,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)性序列對某一個(gè)元件有效,而對其他元件無效,如圖4 所示。
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,如圖5 所示。此電壓應(yīng)盡可能小,以便保證電源能降至VT1 以下,否則POR將無法正確復(fù)位,器件將無法正確初始化。
例如,對于用細(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。
結(jié)語
本文討論了電路板上電時(shí)可能引發(fā)系統(tǒng)問題的一些常見問題,并說明了保證電路板正確初始化的基本原則。電源常常被忽視,但其最終電壓精度和過渡行為均很重要。
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