技术文章—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。
 
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。

图1 ZL6205

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。

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。

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！
 
说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。

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。
 
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。

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!

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。
 
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
 

 
注：其他输出电压可接受芯片定制。
 
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。