板载二次电源设计中斜坡时间Ramp Time的设置

一、背景描述

板载的二次电源设计关乎单板的正常、可靠工作， 本文主要分享最近遇到的一个故障，从而提醒大家在板载二次电源设计中还需要重点关注这样一个参数“斜坡时间Ramp Time”的设置。

二、故障现象

某交换机模块，其核心是基于FPGA K7进行了扩展，出现了部分模块上电后偶发无法正常启动的情况，偶发的频次还比较高，主要两个关键信息：1）有模块上电能一直正常工作，2）问题模块有时也能上电正常工作。

经观察出故障时FPGA的FLASH配置状态LED，显示未配置成功，对FPGA的相关电源电压值和纹波进行测量也符合要求。

三、斜坡时间RampTime引入

1、根据FPGA的配置手册，FPGA配置流程分为8大步骤，第一步是Power-Up，如下图所示：

2、在FPGA的Power-Up步骤，有如下的注意要求，即使FPGA和BPI flash共享同一个电源，两者的响应也会不同时，因此需要特别关注FPGA和BPI flash的“上电顺序power-on sequence”以及“上电斜坡power-on ramp”。

3、关于FPGA的上电顺序power-on sequence如下图所示，这块通常大家都比较注意。

4、关于FPGA的上电斜坡power-on ramp要求如下图所示，其中VCCO电源要求斜坡时间为0.2~50ms之间。

5、上电斜坡power-on ramp的时间如何设置？以我们常用的凌特46XX系列举例，下图来自LTM4620的软启动设置引脚TRACK的介绍以及软起动ramp时间的设置公式，当电容选择为100nF（0.1uF）时，根据公式100nF/1.3uA*0.6V=46ms，考虑到电容容值误差（5%）以及后端容性负载的差异，ramp斜坡时间基本上在50ms左右，处于临界值。

经过实际测量故障模块的3.3V斜坡时间（上升沿时间）确实为50ms左右。

6、处理器的上电斜坡power-on ramp time示例：

1）P2020手册中一方面明确了电源需要在50ms内到达稳定值，可以认为ramp time＜50ms；另一方面规定了ramp rate的最大值为3600V/s，换算为ramp time以1V电压为例，即等于1/3600=0.277ms；则我们认为P2020的ramp time在0.277~50ms之间。

2）T2080手册中一方面明确了电源需要在75ms内到达稳定值，可以认为ramp time＜75ms；另一方面规定了ramp rate的最大值为25V/ms，换算为ramp time以1V电压为例，即等于1/2500=0.4ms；则我们认为T2080的ramp time在0.4~75ms之间。

四、补充说明

1、在板载二次电源设计时，斜坡时间Ramp Time也很重要，需要特别注意，上升沿太陡峭会引入过流保护、冲击电流等问题，上升沿太缓会影响各芯片正常工作的先后时序等问题，需要根据具体的数据手册选择合适的Ramp Time时间，通常在5~10ms之间为优。

2、对于电源芯片的选用以及电路设计上，关注Ramp Time的相关设置，对于凌特系列可通过TRACK引脚上电容大小按公式进行调整，通常可选择10nF级别左右。

3、硬件系统的可靠性需要更多精益求精的设计。