手把手教你轻松玩转跨界处理器电源的设计

周立功单片机 发表于 2018-05-20 09:40:48 收藏 已收藏
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手把手教你轻松玩转跨界处理器电源的设计

周立功单片机 发表于 2018-05-20 09:40:48

众所周知,处理器芯片的供电都有一定的上下电时序要求,产品设计中必须遵循芯片的上电、下电时序才能确保器件的可靠工作。i.MX RT跨界处理器的上下电时序如何呢?我们来一探究竟。

以下时序翻译均来自i.MX RT1050数据手册-IMXRT1050IEC(Rev. 1, 03/2018),主要针对A1版本的芯片。

一、满足电源上电、下电时序的必要性

系统设计必须遵循一定的上电时序、掉电时序以及相应的稳态规定,只有这样才能确保芯片的可靠工作,那么在设计中,如果无法满足上电、下电时序会导致什么后果呢,以下为不满足i.MX RT电源时序可能会导致三种情况:

1、芯片启动阶段电流过大;

2、芯片无法正常启动;

3、对处理器造成不可逆的损坏(最坏的情况)。

可见,必须对处理器的供电时序加以重视,系统设计时严格遵循手册规定的上电、下电时序。那么RT的上电、下电时序到底需要满足什么条件,是不是很复杂呢?不急,我们接着往下看。

二、i.MX RT跨界处理器的上电时序

1、VDD_SNVS_IN必须先于其他电源供电或者与VDD_HIGH_IN一同上电;

2、如果采用纽扣电池给VDD_SNVS_IN供电,需确保在开启任何电源之前将其连接;

3、开启内部DCDC电源,DCDC_IN管脚需提前1ms于DCDC_PSWITCH管脚上电;

4、需保证在整个上电过程中POR_B信号保持为低电平,直到其他电源达到其稳定值。

结合RT处理器集成的电源管理单元,可更好理解RT1050的上电时序,下图所示为RT1050集成的PMU,该PMU模块集成了一路DCDC,四路LDO,分别给系统内核、外设、时钟模块提供工作电源,极大简化了外部电源的设计。

按照上电时序的要求,VDD_SNVS_IN既可以先于其他电源上电,也可以与VDD_HIGH_IN接一起同时上电,从RT1050的PMU框图可见,VDD_HIGH_IN通常情况下是允许与其它外设电源接一起同时上电的,因此简单来讲,i.MX RT处理器所有3.3V电源管脚均可接一起同时上电,NVCC_GPIO、NVCC_SD1、NVCC_SD2、NVCC_SEMC管脚电源均支持1.8V、3.3V两种输入电压,可根据应用情况进行选择,常规设计中可将这四路电源与VDD_SVNS_IN、VDD_HIGH_IN接一起同时上电,如下图所示。

设计中如果使用纽扣电池给VDD_SNVS_IN供电,需确保在开启任何电源之前将其连接。同时为保证掉电后RTC能继续工作,建议VDD_SNVS_IN外接一个备用电池,如下图BT1所示。

此外,在开启内部DCDC电源时,DCDC_IN的供电需要早1ms于DCDC_PSWITCH管脚上电,基于这点要求,设计中需对DCDC_PSWITCH管脚进行延时处理,可通过RC延时电路来实现,典型电路如下图所示。

上电时序的最后一个条件为在整个上电的过程中POR_B信号应保持为低电平,该过程的实现可通过外接上电复位芯片来满足,典型电路见下图所示,该复位芯片在上电期间会拉低POR信号300ms左右。

USB_OTG1_VBUS、USB_OTG2_VBUS 和VDDA_ADC_3P3 不是供电序列的一部分,可以随时上电。

三、i.MX RT跨界处理器的掉电时序

1、VDD_SNVS_IN必须单独或与VDD_HIGH_IN一同下电,在这之前其他电源必须全部完成下电;

2、如果使用纽扣电池为VDD_SNVS_IN 供电,需确保在关闭任何其他电源之后将其移除。

从掉电时序要求可知,如VDD_SNVS_IN与VDD_HIGH_IN等接一起同时上电,则下电时序很容易满足;但如果VDD_SNVS_IN与其它电源不是同时上电的,则VDD_SNVS_IN必须迟于其它电源掉电,这一点在设计中需要特别关注。此外,对于采用纽扣电池供电的场合,掉电后需要继续保持RTC工作时,电池可以保留不移除。

四、i.MX RT电源上电、下电时序总结

1、采用i.MX RT跨界处理器设计产品时,需严格遵循手册要求的上电、下电时序要求,由于处理器支持两种供电方案,因此设计中需结合项目的设计要求采取不同的连接方式,无论采用那种供电方案,只要确保VDD_SNVS_IN电源的上电不迟于其它电源的上电,掉电不早于其它电源即可。常规设计中,i.MX RT处理器的电源可全部接一起采用单3.3V进行供电,需要掉电保持RTC功能时,可外接相应的纽扣电池;当然,VDD_SNVS_IN先上电,其它电源后上电的供电方案是相对复杂些的。

2、当NVCC_GPIO、NVCC_SD1、NVCC_SD2、NVCC_SEMC管脚的I/O 电源关闭时,必须确保电路板上的任何电源不存在向3.3 V 电源倒灌的情况(如来自底板外设的1.8或者3.3V电源),否则处理器可能因反向电流而导致内部出现锁存等故障,设计中建议外设的供电与处理器一同上电,或者迟于处理器供电即可。

五、i.MX RT跨界处理器上电、下电时序图

六、结束语

i.MX RT系列是NXP发布的业内首款跨界处理器,该产品完美融合了低功耗应用处理器和高性能微控制器的优势。i.MX RT系列跨界处理器结合了高性能和实时功能,支持下一代物联网应用,具有与MCU 级可用性相平衡的高度集成和安全性。

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