監控芯片因電源問(wèn)題引起異常復位的處理辦法

　　在單片機系統設計中，對系統的EMI、信號完整性、時(shí)序設計都能引起足夠的重視;但對于電源完整性引起的地彈和電源反彈的問(wèn)題，很多設計者還是認識得不清晰。在單片機系統設計中，有時(shí)由于芯片自身缺陷或芯片之間接口驅動(dòng)配合不當引起的系統不穩定，甚至不能工作的情況非常多。下面通過(guò)對微處理器監控芯片MAX818在使用中出現異常復位的實(shí)例分析，說(shuō)明由于電源完整性引起的系統工作不穩定現象。

　　1 系統描述

　　圖1為μP監控電路。監控芯片MAX818具有電源低壓監視、電池管理、RAM片選鎖定及微處理器硬件看門(mén)狗功能。電源低壓監視是當系統電壓低于芯片設定電壓時(shí)，MAX818發(fā)出復位信號。電池管理是當VCC高于電池VBATT時(shí)，OUT切換到VCC，電池處于浮充狀態(tài);當VCC低于VBATT時(shí)，OUT切換到VBATT，由電池供電。RAM片選鎖定用于上電或掉電時(shí)保護RAM中的數據不丟失且正確讀寫(xiě)。微處理器硬件看門(mén)狗的作用是當程序跑飛，喂狗信號WDI得不到服務(wù)時(shí)，芯片發(fā)出復位信號，復位系統。WDI信號懸空時(shí)，MAX818自動(dòng)發(fā)出復位信號的功能禁止。

　　系統RAM片選信號由CPU的地址線(xiàn)，控制線(xiàn)經(jīng)EPLD譯碼后輸出接到MAX818的CEIN，經(jīng)MAX818輸出腳CEOUT接到RAM片選CE上。RAM的供電電源由MAX818的OUT輸出引腳提供。

　　2 系統異常復位現象及分析解決

　　在單片機系統調試過(guò)程中，將監控芯片MAX818的看門(mén)狗清除引腳WDI懸空，使MAX818的復位功能禁止，且程序處于仿真狀態(tài)，這時(shí)系統軟硬件一切功能正常。仿真調試完畢，將程序寫(xiě)入Flash中讓其運行，系統總是不停地復位、重啟。MAX818的復位腳不停地發(fā)出復位信號，用示波器觀(guān)察的波形如圖2所示。

　　將WDI懸空重新仿真，系統正常;將WDI懸空，寫(xiě)入Flash，系統正常。分析認為是MAX818自己在發(fā)出復位信號。理論上能引起MAX818復位的原因有以下2點(diǎn)：

　?、俪^(guò)1.6s，MAX818引腳(6)WDI沒(méi)有喂狗信號，能引起復位;

　?、谙到y電源低于MAX818電源電壓設定值4.65V，能引起復位。

　　通過(guò)仿真監測CPU問(wèn)隔ls清狗一次;測量系統電源電壓VCC=5.08V。說(shuō)明不是上面兩條原因引起的復位，而是有別的什么原因引起異常復位。下面分析引起復位的原因：

　　芯片電源監視原理如圖3所示。電源監視原理為系統VCC通過(guò)電阻分壓后輸入比較器的正端(十)，比較器的負端(一)接內部基準1.25V。當比較器的+端電壓低于1.25V時(shí)，比較器輸出換轉。一邊使RESET輸出低電平復位系統，同時(shí)將OUT切換到BATT電池。推測認為，是芯片的CEI和CEO引腳狀態(tài)快速切換引起芯片內部局部電源電壓下降，經(jīng)內部分壓后低于l.25V電源監視功能起的作用，發(fā)出復位信號使系統不停復位。根據推測，為使MAX818電源監視不異常復位，必須使芯片內部比較器的+端電壓高于1.25V。為驗證推測，將芯片電源VCC電壓提高到5.3 V以上，這時(shí)系統開(kāi)始正常工作。

　　將芯片電源VCC恢復到正常5.08 V，在MAX818的CEI輸入引腳串入500Ω電阻，以降低CEI和CEO引腳狀態(tài)切換速率，這時(shí)系統也能正常工作。

　　3 引起電源完整性原因

　?、僭跀底蛛娐分?，當器件處于上升/下降沿很陡的截止和導通轉換的過(guò)程時(shí)，會(huì )產(chǎn)生很大的瞬間變化的電流△I。由于電源線(xiàn)和地線(xiàn)都存在引線(xiàn)電感L，△I通過(guò)L將引起地電位的波動(dòng)和電源電壓的波動(dòng)，從而引起噪聲，所以也稱(chēng)為△i噪聲。如果是由于封裝電感而引起地平面的波動(dòng)，造成芯片地和系統地不一致，這種現象就稱(chēng)為“地彈(ground bounce)”;同樣，如果是由于封裝電感引起的芯片和系統電源差異，就稱(chēng)為“電源反彈(power bounce)”。電壓的瞬變由下面的公式定義：

　　V=L·di/dt

　　其中：L是電流傳輸路徑上電感的值;出表示信號上升時(shí)間間隔內電流的變化;出表示電流的傳輸時(shí)間(信號的上升時(shí)間)。

　　芯片的內部電源引線(xiàn)、地線(xiàn)引線(xiàn)或印制板的布線(xiàn)問(wèn)題，一般容易引起電源完整性問(wèn)題。

　?、诓煌酒慕涌隍寗?dòng)類(lèi)型不當也能引起電源完整性問(wèn)題。例如，用輸出小電流的I/O引腳去驅動(dòng)需要大驅動(dòng)電流的引腳，容易導致輸出電流的芯片局部電源電壓波動(dòng)，引起系統工作不正常。

　　結語(yǔ)

　　通過(guò)一個(gè)具體實(shí)例論述電源完整性問(wèn)題，說(shuō)明單片機系統中，許多認為莫名其妙的現象很多時(shí)候是由于電源完整性余量不夠引起的。在加強系統的EMC設計和時(shí)序設計的同時(shí)，還要對電源完整性給予足夠的關(guān)注。