如何解決MCU上下電問題？

摘要：當(dāng)對產(chǎn)品進行快速上下電測試時，若未能滿足MCU的上下電要求，MCU往往會出現(xiàn)無法啟動甚至鎖死的問題。對于單電源供電的MCU來說，電路無需整改，本文推薦給您一顆LDO，可以解決MCU啟動異常問題。

對于需要進行掉電保存或掉電報警功能的產(chǎn)品，利用大容量電容的儲能作用，為保存數(shù)據(jù)和系統(tǒng)關(guān)閉提供時間，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、電源干擾和負載變化，在電源端也會并接一個適當(dāng)容量的電容。

然而電路中電容并不是越大越好，由于電容的儲能作用，大容量的電容則可能延長系統(tǒng)地上電時間和下電時間，而上下電時間的延長，則容易導(dǎo)致MCU啟動失敗或進入栓鎖狀態(tài)，因此縮短MCU電源的上電和放電時間就顯得尤為重要。針對單電源的系統(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。

1.巧用EN，縮短上電時間

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

圖2 上電要求

由上圖可知該MCU對上電的主要要求有：

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

縮短上電時間，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)的上電時間。很多人在使用電源芯片時一般都是外部上拉來默認使能，而過早地達到使能閾值，輸出就會跟隨輸入，即輸入有多慢輸出就有多慢，且上電時輸入端的抖動也會傳送給輸出。如下圖3所示為設(shè)置EN直接上拉和采用分壓電路時的輸出曲線示意圖。

圖3 EN上拉至輸入和采用分壓電路時的輸出曲線

曲線①，使能上拉至輸入，此時輸出上升時間長且會受到輸入波動的影響；

曲線②，合理采用分壓電阻，當(dāng)VIN上升到70%~80%的時候，再使EN的電壓到達使能閾值，此時輸出上升邊沿陡峭，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的影響。同時預(yù)留了20%~30%的余量，避免電源波動導(dǎo)致輸出關(guān)閉。此時的上電對于MCU來說才是干凈利落的！

說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，給后級電路一個干凈、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，由圖2可知，還需要滿足MCU上電時的輸入電壓低于200mV至少12us，這表明在快速上下電時，系統(tǒng)下電是否掉得“干凈”和系統(tǒng)的啟動也是息息相關(guān)的。

圖5 掉電緩慢示意圖

如圖5所示，當(dāng)系統(tǒng)掉電負載不能很快地泄放能量時，就會出現(xiàn)MCU等數(shù)字器件掉電緩慢的情況。若此時重新上電，由于芯片內(nèi)部無法及時“歸零”，對MCU等數(shù)字器件來說，這是一種不確定的狀態(tài)，此時再對系統(tǒng)進行重新上電的操作，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)在短時間內(nèi)到達一種確定的狀態(tài)，也是快速重新上電時系統(tǒng)能正常啟動的關(guān)鍵因素。

下電緩慢的問題在設(shè)計過程中容易被忽略，在產(chǎn)品調(diào)試階段才發(fā)現(xiàn)問題往往為時已晚，重新為系統(tǒng)增加快速放電電路既耗時又耗力。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，若EN電壓低于使能閾值，則會啟動內(nèi)部的快速放電電路，在輸出端加載一個240Ω的泄放電阻，以使輸出電壓迅速掉電。此時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系統(tǒng)啟動失敗。

3.解決方案推薦

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

主要特性有：

500mA最大輸出電流；

低壓差（典型[emailprotected]=500mA）；

必要時外部10 nF旁路電容，用于低噪聲；

快速啟動；

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；

過流保護；

短路保護；

過溫保護；

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

審核編輯：湯梓紅