详述电源时序控制的五个方法

在系统设计中经常需要考虑FPGA、微控制器、DSP、ADC和一些需要多个电压轨供电的器件上电时的序列问题。这些设计通常要求在数字I/O轨上电前对内核和模拟模块上电，但有些设计可能需要其他序列。在任何情况下，正确的上电和断电排序都可以防止闩锁造成的直接损坏和ESD造成的长期损坏。此外，电源时序控制也可以错开上电期间的浪涌电流，这种技术非常适用于采用限流电源供电的应用。

以FPGA为例，供电轨的应用包括:

· 内核电源（VCC_INT）

· I/O电源（VCCO）

· 辅助电源（VCC_AUX）和

· 系统存储器电源

如Xilinx® Spartan-3A的FPGA，它具有内置的上电复位电路，可确保在所有电源达到其阈值后才允许对器件进行配置。这降低了对电源时序的严格要求，但是为了实现最小浪涌电流电平并循序连接到FPGA的电路的时序控制要求，供电轨应按如下方式上电：

VCC_INT→ VCC_AUX → VCCO

注意，某些应用需要特定的时序，因此请务必阅读每个数据手册的电源要求部分。

无论使用无源元件或是电源器件，都可以简单进行电源时序控制。接下来我们将分别介绍几种不同的电源时序控制方案。

利用无源元件延迟电源时序

进行电源时序控制的简单方法是用无源元件（如电阻、电容和二极管）将信号延迟到调节器的使能引脚上，如下图2所示。当开关闭合时，D1导通而D2保持开路状态。电容器C1充电，EN2处的电压以R1和C1确定的速率上升。当开关断开时，电容器C1通过R2、D2和RPULL向地放电到地。EN2处的电压以R2，RPULL和C2确定的速率下降。更改R1和R2的值会改变充电和放电时间，从而设置调节器的开启和关断时间。

这种方法适用于不需要精确电源时序控制的应用，以及一些只需要延迟信号并只需要外部R和C的简单应用。

但对于标准的调节器，使用这种方法的缺点是，使能引脚的逻辑阈值可能随电压和温度变化很大。此外，电压斜坡的延迟取决于电阻器和电容器的值和容差。

典型X5R的电容在-55°C至+85°C温度范围内变化约±15％，由于直流偏置效应导致额外±10％的变化，使得时序控制不精确且有时还会不可靠。

使能输入精确控制时序

为了获得稳定的阈值电平以实现精确的时序控制，大多数调节器需要一个外部基准电压，具体案例如下图ADI的ADP5134。

ADP5134内部每个调节器都有一个单独的使能输入。当使能输入的电压升至VIH_EN（最小值为0.9V）以上时，器件便会退出关断状态，并且管理处理模块打开，但不会激活调节器。它的使能输入的电压与精确的内部基准电压（典型值为0.97 V）进行比较。一旦使能引脚上的电压超过精确使能阈值，调节器就会被激活，输出电压开始上升。在输入电压和温度转折处，基准电压的变化仅±3％。这一小范围确保了精确的时序控制，解决了使用无源元件时出现的问题。

当使能输入的电压降至基准电压以下80mV（典型值）时，调节器将被停用。当所有使能输入上的电压降至VIL_EN（最大0.35 V）以下时，器件进入关断模式。在该模式下，功耗降至1µA以下。

电阻分压器简易控制时序

为确保多通道调节器顺序开关, 可以使用电阻分压器。通过电阻分压器, 将调节器输出接至待上电的下一个调节器使能引脚的电压减少。如图4所示，这样对多通道电源进行时序控制。其中，调节器便按以下顺序开关:

调节器1 → 调节器2 → LDO1 →LDO2

下图5和图6 显示加了电阻分压器后，ADP5134上电和关断序列的情况。

评估板简单演示时序控制

借助评估板（如ADP5134CP-evalZ），可以简单演示及修改启动上电的次序。如图7通过对ADP5134CP-evalZ改变跳线连接，可以实现不同的顺序启动。

高精度电压监控器提高时序精度

对于不具有精确使能功能的调节器, 可以考虑借助外加高精度电压监控器。

如ADI的ADM1184四通道电压监控器，通过精度为0.8%的比较器来监控不同电压水平。这类电压监控器可以用在监测FPGA、微控制器、DSP系统的电压电源，确保系统每次使能都按顺序正确启动、上电和关断。

本文小结

在系统设计中, 无论使用无源元件或是电源器件，都可以简单实现电源时序控制。设计时，还可能要考虑包括功率监控和上电断电的时序控制，但最重要是，具体采用哪种方案取决于系统的复杂性和规格要求。

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