如何處理由電源引起的MCU啟動(dòng)失??？

　　對于主電源掉電后需要繼續工作一段時(shí)間來(lái)用于數據保存或者發(fā)出報警的產(chǎn)品，我們往往都能夠看見(jiàn)產(chǎn)品PCB板上有大電容甚至是超級電容器的身影。大容量的電容雖然能延時(shí)系統掉電，使得系統在電源意外關(guān)閉時(shí)MCU能繼續完成相應操作，而如果此時(shí)重新上電，卻經(jīng)常遇到系統無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題。那么這到底是怎么回事呢?遇到這種情況又該如何處理呢?

　　一、上電失敗問(wèn)題分析

　　1.上電緩慢引起的啟動(dòng)失敗

　　對于需要進(jìn)行掉電保存或者掉電報警功能的產(chǎn)品，利用大容量電容緩慢放電的特性來(lái)實(shí)現這一功能往往是很多工程師的選擇，以便系統在外部電源掉電的情況下，依靠電容的儲能來(lái)維持系統需要的重要數據保存及安全關(guān)閉的時(shí)間。此外，在不需要掉電保存數據的系統中，為了防止電源紋波、電源干擾及負載變比引起供電電壓的波動(dòng)，在電源輸出端也需要并接一個(gè)適當的濾波電容。

　　電路中增加電容，雖然使系統在某些方面能滿(mǎn)足設計要求，但是由于電容的存在，系統的上電時(shí)間也會(huì )相應的延長(cháng)，下電時(shí)由于電容放電緩慢，下電時(shí)間也會(huì )更長(cháng)。而上下電時(shí)間的延長(cháng)，對于MCU來(lái)說(shuō)，往往會(huì )帶來(lái)意外的致命缺點(diǎn)。

　　比如某系列的MCU，就經(jīng)常能遇到客戶(hù)反饋說(shuō)系統在掉電后重新上電，系統啟動(dòng)失敗的問(wèn)題，一開(kāi)始工程師以為是軟件的問(wèn)題，花費了很大的時(shí)間和精力來(lái)找BUG，問(wèn)題仍然沒(méi)有很好的得到解決。后來(lái)查翻手冊發(fā)現，發(fā)現該系列的MCU對于上電時(shí)間是有一定要求的(其實(shí)幾乎所有品牌的MCU都有上下電時(shí)序要求)。

　　圖1上電要求

　　從圖1我們可以看出，芯片輸入電源從200mV以下為起點(diǎn)上升到VDD的時(shí)間tr，手冊要求是最長(cháng)不能超過(guò)500ms。而電路中的大電容乃至超級電容，顯然會(huì )大大拉長(cháng)這個(gè)上電時(shí)間，對于沒(méi)有詳細選擇參數的電源設計來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)間甚至可能會(huì )遠遠大于500ms。這樣的話(huà)就不能很好地滿(mǎn)足芯片的上電時(shí)間要求，從而導致系統無(wú)法啟動(dòng)，或者器件內部上電時(shí)序混亂而引起器件閂鎖的問(wèn)題。

　　所以電源的上電緩慢對于MCU處理器來(lái)說(shuō)，有時(shí)也是一個(gè)“頭痛”問(wèn)題，那么如何有效的解決上電緩慢這個(gè)問(wèn)題呢?先別急，我們再來(lái)說(shuō)說(shuō)系統下電緩慢帶來(lái)的問(wèn)題。而且下電緩慢引起的問(wèn)題，比上電時(shí)間過(guò)長(cháng)的問(wèn)題更普遍。

　　2.下電緩慢引起的啟動(dòng)失敗

　　其實(shí)上面提到的上電圖中，還有一個(gè)至關(guān)重要的參數，那就是圖中的twait。我們可以從圖中看到twait的最小數值為12μs。這個(gè)參數的含義就是說(shuō)，在上電之前，芯片的輸入電源需保持在200mV以下至少12μs的時(shí)間。這個(gè)參數就要求我們的電路在掉電后，如果需要對系統重新上電的話(huà)，必須讓芯片的輸入電源電壓至少有12μs的時(shí)間是在200mV以下。換個(gè)角度表述就是：在下電后，必須讓MCU的供電電壓降到200mV以下才能再次上電(12μs很短，幾乎可以忽略)，系統才能可靠運行。

　　由于電路中存在大電容，系統負載又小，導致電路下電緩慢，當我們再次上電時(shí)，芯片電源電壓此時(shí)可能還沒(méi)有降到200mV 以下，如下圖2所示：

　　圖2緩慢掉電再上電示意圖

　　由于電路中存在較大的電容，在系統掉電后，系統負載不能很快的泄放能量時(shí)，就會(huì )出現MCU等數字器件掉電緩慢的情況。此時(shí)重新上電的話(huà)，由于不符合上文提到的降到200mV以下 12μs以上的要求，芯片內部就沒(méi)有及時(shí)“歸零”。對MCU等數字器件來(lái)說(shuō)，這是一種不確定的狀態(tài)，此時(shí)再對系統進(jìn)行重新上電的操作，就容易造成MCU邏輯混亂，從而出現器件閂鎖，系統不能啟動(dòng)的情況。

　　掉電緩慢也會(huì )導致MCU等數字器件內部掉電時(shí)序的混亂，特別是對于需要多路電源的MCU處理器，它們對于上電時(shí)序和掉電時(shí)序有更高的要求，內部時(shí)序的混亂會(huì )引起器件閂鎖，系統無(wú)法啟動(dòng)。這也是為什么很多產(chǎn)品重啟時(shí)，系統往往無(wú)法啟動(dòng)。

　　因此我們可以看出，系統上電或下電緩慢都有可能會(huì )造成MCU無(wú)法啟動(dòng)或者啟動(dòng)異常的情況，那么如何對緩慢的上電放電過(guò)程進(jìn)行干預，提升上電斜率，縮短掉電時(shí)間呢?

　　二、解決方案推薦

　　當遇到系統啟動(dòng)失敗的問(wèn)題時(shí)，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，掉電緩慢，不徹底的情況。當遇到該情況時(shí)，可以選擇在電路中搭配使用廣州周立功單片機科技有限公司研發(fā)的小體積、低內阻的電源調理模塊：QOD-ADJ。

　　該模塊可以保證在系統上電時(shí)，當電壓達到額定電壓的約70%-75%左右才開(kāi)啟輸出，此后輸出跟隨輸入，相當于給系統一個(gè)極快上電的電源。下電時(shí)，該模塊可以對電容殘存電壓自動(dòng)放電，可以在極短的時(shí)間內到達100mV以下，從而解決短時(shí)間內再次上電時(shí)系統處于鎖死狀態(tài)的問(wèn)題。正所謂是上電下電兩不誤!使系統上下電都能穩定可靠。

　　圖3 QOD-ADJ模塊

　　QOD-ADJ具有以下功能：

　　l在系統電源開(kāi)啟時(shí)的快速上電，提升上電斜率;

　　l電源關(guān)斷時(shí)使容性負載快速放電到近0V的狀態(tài);

　　l可外部控制的單通道負載開(kāi)關(guān);

　　l使用簡(jiǎn)單方便，串入需要控制的電路中即可。

　　三、產(chǎn)品使用示例

　　使用下圖4所示電路進(jìn)行對我們的產(chǎn)品進(jìn)行測試：

　　圖4測試電路圖

　　當VIN=5V，Cin=2.5F(超級電容)，CL=100μF，RL=10Ω時(shí)的上電曲線(xiàn)和掉電曲線(xiàn)如圖5圖6輸入端2.5F超級電容及負載10Ω下電曲線(xiàn)所示。

　　圖5輸入端2.5F超級電容及負載10Ω上電曲線(xiàn)

　　圖6輸入端2.5F超級電容及負載10Ω下電曲線(xiàn)

　　1. 顯著(zhù)縮短上電時(shí)間

　　由上面兩圖可以清楚的看出因為有超級電容的存在，VIN的上電曲線(xiàn)(藍色曲線(xiàn))爬升緩慢，而經(jīng)過(guò)模塊之后(Vout紅色曲線(xiàn))顯著(zhù)縮短了上電時(shí)間，使后級電路能在短時(shí)間內達到一種確定的狀態(tài)。

　　2. 顯著(zhù)加快掉電速度

　　由圖可以看出在系統掉電時(shí)，由于有超級電容的存在，模塊前端(藍色曲線(xiàn))掉電速度，異常緩慢，經(jīng)過(guò)模塊之后(紅色曲線(xiàn))能顯著(zhù)加快放電速度，使得后級電路在極短的時(shí)間內到達一種確定的狀態(tài)。

　　系統中的器件對于電源的上下電有嚴格的要求，在產(chǎn)品的設計當中，要關(guān)注核心器件的上下電要求，包括上下電的時(shí)序，斜率等，不合理的設計往往會(huì )引起系統上電無(wú)法啟動(dòng)等異常情況。