【導(dǎo)讀】我們常常想當(dāng)然地為印刷電路板上的電路上電，殊不知這可能造成破壞以及有損或無損閂鎖狀況。隨著片上系統(tǒng)(SoC) IC越來越多，對(duì)電源進(jìn)行時(shí)序控制和管理的需求也越來越多……
雖然ADI的數(shù)據(jù)手冊(cè)通常會(huì)提供足夠的信息，指導(dǎo)您針對(duì)各IC設(shè)計(jì)正確的上電序列。然而，某些IC明確要求定義恰當(dāng)?shù)纳想娦蛄小Ｔ谑褂枚鄠€(gè)電源的IC中，如轉(zhuǎn)換器（包括ADC和DAC）、DSP、音頻/視頻、射頻及許多其它混合信號(hào)IC中，這一要求相當(dāng)常見。
今天我們就通過2個(gè)栗子討論下設(shè)計(jì)工程師在新設(shè)計(jì)中必須考慮的某些更微妙的電源問題，特別是當(dāng)IC需要多個(gè)不同的電源時(shí)。目前，一些較常用的電源電壓是：+1.8 V、+2.0 V、+2.5 V、 +3.3 V、+5 V、−5 V、+12 V和−12 V。
例1
PULSAR ADC示例——絕對(duì)最大額定值
ADI的所有數(shù)據(jù)手冊(cè)都含有“絕對(duì)最大額定值”(AMR) 部分，它說明為避免造成破壞，對(duì)引腳或器件可以施加的最大電壓、電流或溫度。AD7654 PulSAR 16位ADC是采用三個(gè)(或更多)獨(dú)立電源的混合信號(hào)ADC的范例。這些ADC需要數(shù)字電源(DVDD)、模擬電源(AVDD)和數(shù)字輸入/輸出電源(OVDD)。它們是ADC，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，因此需要一個(gè)模擬內(nèi)核來處理傳入的模擬輸入。數(shù)字內(nèi)核負(fù)責(zé)處理位判斷過程和控制邏輯。I/O內(nèi)核用于設(shè)置數(shù)字輸出的電平，以便與主機(jī)邏輯接口(電平轉(zhuǎn)換)。ADC的電源規(guī)格可以在相應(yīng)數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分找到。表1摘自AD7654數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分。
表1. AD7654的絕對(duì)最大額定值
注意，表1中所有三個(gè)電源的范圍都是−0.3 V至+7 V。相對(duì)于 DVDD和OVDD，AVDD的范圍是+7 V至−7 V，這就確認(rèn) 了AVDD和DVDD無論哪一個(gè)先上電都是可行的。此外， AVDD和OVDD無論哪一個(gè)先上電也是可行的。然而，DVDD與OVDD之間存在限制。技術(shù)規(guī)格規(guī)定，OVDD最多只能比DVDD高0.3 V，因此DVDD必須在OVDD之前或與之同時(shí)上電。如果OVDD先上電(假設(shè)5 V)，則DVDD在上電時(shí)比OVDD低5 V，這不符合“絕對(duì)最大額定值”要求，可能會(huì)損壞器件。
模擬輸入INAx、INBx、REFx、INxN和REFGND的限制是：這些輸入不得超過AVDD + 0.3 V或AGND − 0.3 V。這說明，如果模擬信號(hào)或基準(zhǔn)電壓源先于AVDD存在，則模擬內(nèi)核很可能會(huì)上電到閂鎖狀態(tài)。這通常是一種無損狀況，但流經(jīng)AVDD的電流很容易逐步升至標(biāo)稱電流的10 倍，導(dǎo)致ADC變得相當(dāng)熱。這種情況下，內(nèi)部靜電放電 (ESD)二極管變?yōu)檎M(jìn)而使模擬電源上電。為解決這個(gè)問題，輸入和/或基準(zhǔn)電壓源在ADC上電時(shí)應(yīng)處于未上電或未連接狀態(tài)。
同樣，數(shù)字輸入電壓范圍為−0.3 V至DVDD + 0.3 V。這說明，數(shù)字輸入必須小于DVDD + 0.3 V。因此，在上電時(shí)， DVDD必須先于微處理器/邏輯接口電路或與之同時(shí)上電。與上述模擬內(nèi)核情況相似，這些引腳上的ESD二極管也可能變?yōu)檎箶?shù)字內(nèi)核上電到未知狀態(tài)。
AD7621、AD7622、AD7623、AD7641和AD7643等PulSAR ADC速度更快，是該系列的新型器件，采用更低的2.5 V電 源(AD7654則采用5 V電源)。AD7621和AD7623具有明確規(guī)定的上電序列。表2摘自AD7621數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分。
表2. AD7621的絕對(duì)最大額定值
同樣，OVDD與DVDD之間存在限制。“絕對(duì)最大額定值”規(guī)定：OVDD必須小于或等于DVDD + 0.3 V，而DVDD則必須小于2.3 V。一旦DVDD在上電期間達(dá)到2.3 V，該限制便不再適用。如果不遵守該限制，AD7621(和AD7623)可能會(huì)受損(見圖1)。
圖1. 可能的上電/關(guān)斷序列—AD7621
因此，一般上電序列可能是這樣的：AVDD、DVDD、 OVDD、VREF。但是，每個(gè)應(yīng)用都不一樣，需要具體分析。注意，器件關(guān)斷與器件上電同樣重要，切記遵守同樣的規(guī)格要求。圖1所示為AD7621的典型上電/關(guān)斷序列。
對(duì)于這些ADC，模擬輸入和基準(zhǔn)電壓源的情況與上文所述相同。對(duì)任何模擬輸入引腳施加電壓都可能導(dǎo)致ESD二極管變?yōu)檎瑥亩鼓M內(nèi)核上電到未知狀態(tài)。
這些ADC的數(shù)字輸入和輸出略有不同，因?yàn)檫@些器件應(yīng)支持5 V數(shù)字輸入。這些ADC是AD7654的速度升級(jí)版本，數(shù)字輸入和輸出均與OVDD電源相關(guān)，因?yàn)樗苤С指叩?.3 V電壓。注意：數(shù)字輸入限制為5.5 V，而AD7654則為DVDD + 0.3 V。
例2
Σ-Δ型ADC示例
AD7794 Σ-Δ型24位ADC是另一個(gè)很好的例子。表3摘自 AD7794數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分。
表3. AD7794的絕對(duì)最大額定值
該ADC的問題與基準(zhǔn)電壓有關(guān)，它必須小于AVDD + 0.3 V。因此，AVDD必須先于基準(zhǔn)電壓或與之同時(shí)上電。
AD7794產(chǎn)品詳情：
● 最高23位有效分辨率
● 均方根（RMS）噪聲：40 nV（4.17 Hz時(shí)），85 nV（16.7 Hz時(shí)）
● 功耗：400 µA（典型值）
● 省電模式：最大1 µA
● 低噪聲可編程增益儀表放大器
● 帶隙基準(zhǔn)電壓源，典型漂移值為4 ppm/°C
● 更新速率：4.17 Hz～470 Hz
● 6個(gè)差分模擬輸入
● 內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器
● 50 Hz/60 Hz同時(shí)抑制
● 基準(zhǔn)電壓檢測(cè)
● 可編程電流源
電源時(shí)序控制器
ADI提供許多電源時(shí)序控制器件。一般而言，其工作原理是：當(dāng)?shù)谝粋€(gè)調(diào)節(jié)器的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí)，就會(huì)開始一段時(shí)間延遲，延遲結(jié)束后才會(huì)使能后續(xù)調(diào)節(jié)器上電。關(guān)斷期間的程序與此相似。時(shí)序控制器也可以用于控制電源良好信號(hào)等邏輯信號(hào)的時(shí)序，例如：對(duì)器件或微處理器施加一個(gè)復(fù)位信號(hào)，或者簡單地指示所有電源均有效。
最后的建議
如今大部分要求高速和低功耗的電路PCB上都需要多個(gè)電源，例如：+1.8 V、+2.0 V、+2.5 V、+3.3 V、+5 V、−5 V、 +12 V和−12 V。為PCB上的這些電源供電并不是一件輕而易舉的事情。必須仔細(xì)分析，設(shè)計(jì)一個(gè)正確可靠的上電和關(guān)斷序列。采用分立設(shè)計(jì)變得越來越困難，解決之道就是采用電源時(shí)序控制IC，只要改變一下代碼就能改變上電順序，而不用變更PCB布局布線。
推薦閱讀：
TWS真無線耳機(jī)充電倉專用開關(guān)充電芯片BQ25618/9詳解
