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如何解决MCU上下电问题?


对于需要进行掉电保存或掉电报警功能的产品,利用大容量电容的储能作用,为保存数据和系统关闭提供时间,往往是很多工程师的选择。而在不需要掉电保存数据的系统中,为了抑制电源纹波、电源干扰和负载变化,在电源端也会并接一个适当容量的电容。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201910/405673.htm

然而电路中电容并不是越大越好,由于电容的储能作用,大容量的电容则可能延长系统地上电时间和下电时间,而上下电时间的延长,则容易导致MCU启动失败或进入栓锁状态,因此缩短MCU电源的上电和放电时间就显得尤为重要。针对单电源的系统,ZLG推出了带EN控制和内嵌快速放电功能的LDO:ZL6205,来为您的系统助力。

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图1 ZL6205

1. 巧用EN,缩短上电时间

众所周知,满足MCU的上电时序,是系统设计最基本最重要的要求之一,因此仔细研读芯片的上下电时序是非常有必要的。如下图2所示为某系列MCU对上电时间的要求。

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图2 上电要求

由上图可知该MCU对上电的主要要求有:

· 上电时间tr不能超过为500ms;

· 上电前的电压VI需要低于200mV至少12us。

这就要求尽可能地缩短上电时间,特别是电路中存在大电容或者超级电容时,上电时间过长容易导致系统无法启动或者器件闩锁的问题。

缩短上电时间,一种简单的方法莫过于控制电源芯片的EN引脚。巧用EN引脚的分压电阻就能够很好地缩短系统的上电时间。很多人在使用电源芯片时一般都是外部上拉来默认使能,而过早地达到使能阈值,输出就会跟随输入,即输入有多慢输出就有多慢,且上电时输入端的抖动也会传送给输出。如下图3所示为设置EN直接上拉和采用分压电路时的输出曲线示意图。

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图3 EN上拉至输入和采用分压电路时的输出曲线

· 曲线①,使能上拉至输入,此时输出上升时间长且会受到输入波动的影响;

· 曲线②,合理采用分压电阻,当VIN上升到70%~80%的时候,再使EN的电压到达使能阈值,此时输出上升边沿陡峭,输出平稳,摒除了输入电源的不稳定阶段,减小了输入电压波动的影响。同时预留了20%~30%的余量,避免电源波动导致输出关闭。此时的上电对于MCU来说才是干净利落的!

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图4 ZL6205典型应用电路

解决了上电问题还不够?还有下电问题?别急,ZL6205还内嵌了快速放电电路,提升系统下电速度。

2. ZL6205自带放电电路,为快速下电助力

前面我们解决了上电缓慢的问题,并不意味着系统就能稳定地启动,由图2可知,还需要满足MCU上电时的输入电压低于200mV至少12us,这表明在快速上下电时,系统下电是否掉得“干净”和系统的启动也是息息相关的。

到这里就不得不说我司的自主芯片ZL6205了,采用SOT-23封装,带有EN使能引脚,可以灵活地控制输出电源,给后级电路一个干净、快速、稳定的电源。如下图4所示为ZL6205的典型应用图。

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图5 掉电缓慢示意图

如图5所示,当系统掉电负载不能很快地泄放能量时,就会出现MCU等数字器件掉电缓慢的情况。若此时重新上电,由于芯片内部无法及时“归零”,对MCU等数字器件来说,这是一种不确定的状态,此时再对系统进行重新上电的操作,就容易造成MCU逻辑混乱,从而出现器件闩锁,系统不能启动的情况。

因此电源关闭后使MCU的电源快速下降至近0V,使系统在短时间内到达一种确定的状态,也是快速重新上电时系统能正常启动的关键因素。

下电缓慢的问题在设计过程中容易被忽略,在产品调试阶段才发现问题往往为时已晚,重新为系统增加快速放电电路既耗时又耗力。但若是系统中搭配了我司的ZL6205,掉电问题则可迎刃而解!

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图6 ZL6205内部框图

如上图6所示为ZL6205的内部框图,当输入电压下电时,若EN电压低于使能阈值,则会启动内部的快速放电电路,在输出端加载一个240Ω的泄放电阻,以使输出电压迅速掉电。此时LDO的输出电压即MCU的输入电源,能够快速的“归零”,避免再次快速上电时系统启动失败。

3. 解决方案推荐

当遇到系统启动失败的问题时,请先使用示波器检查器件的供电引脚是不是存在上电缓慢,掉电不彻底的情况。当遇到该情况时,可以选择在电路中搭配使用广州致远微电子有限公司自主研发的LDO:ZL6205。ZL6205是我司自行设计的一款500mA低压差线性稳压器,可在负载电流和电源电压变化时做出快速响应。

主要特性有:

·500mA最大输出电流;

· 低压差(典型值为240mV@IO=500mA);

· 必要时外部10 nF旁路电容,用于低噪声;

· 快速启动;

· 具有快速放电功能;

· 静态电流典型值50μA;

· 初始电压精度±1.0%;

· 欠压保护;

· 过流保护;

· 短路保护;

· 过温保护;

选型表则如下表所示。

表1 ZL6205选型表

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注:其他输出电压可接受芯片定制。

4. 结语

系统中的器件对于电源的上下电有严格的要求,在产品的设计当中,要关注核心器件的上下电要求,包括上下电的时序,斜率等。不合理的设计往往会引起系统上电无法启动等异常情况。当然遇到这种情况时也别着急,可以尝试ZLG的ZL6205。



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