硬件设计必读：电流倒灌解决方案

导读

通过案例分析，我们将探讨如何通过电路设计规避潜在的电流倒灌风险。本文旨在为您提供实用的设计指导，以提升产品的可靠性和性能。

在电子设备的设计与维护中，IO电流倒灌是一个需要特别关注的问题。为了防止这一现象的发生，我们可以采取以下措施：

1. 在电源和信号线之间添加适当的保护电路或保护器，以确保电流不会流向错误的方向。
2. 正确地设计和配置电路，也可以减少IO电流倒灌的风险。
3. 在电子设备中，使用适当的电阻、电容、二极管等元件来配置电路，以防止电流倒灌。

 案例分析

 

案例1：底板外设先于核心板上电，IO电流倒灌到SOC芯片内部解决这样的电流倒灌，需要注意研究核心板电源供电电路的资料。以ZLG的M3568核心板为例，核心板提供了一个PWR_OK引脚，核心板上电完成后，该引脚输出高电平。用PWR_OK引脚来控制使能二级电源，则可以规避IO电流倒灌问题。

图1为电源系统二级电源，使用SOC配套的PMU输出的PWR_OK来使能二级电源，符合上电时序要求。M3568核心板完成启动配置时间大概为200ms，PWR_OK也大概是在5V供电后的200ms会起来，可以保证核心板上电完毕后底板其他电源再上电。

图1 二级电源

案例2：底板控制电路或芯片通过外设上拉电路拉高核心板管脚，上拉电源域比SOC对应的GPIO的供电电源域先上电，产生IO电流倒灌

如图2所示，SOC的GPIO通过上拉电阻上拉到底板电源域，如果底板电源域比SOC对应的GPIO的供电电源域先上电，则会发生倒灌，长期可能引起SOC工作异常，甚至可能进一步导致底板电源无法关闭。所以在需要使用按键控制设备开关机时，必须严格控制底板电源的关断控制。

图2 底板电源和SOC

 

解决这样的问题，可参考Coral3568核心板的底板电源电路设计。该核心板带PWRON和PWROK两个引脚，可支持开关机按键电源设计（短按开机，长按关机）。电路如图3所示，将PWRON信号和PWROK信号通过二极管相连，PWROK信号连正极，PWRON信号连负极，这样按键按下时PWRON信号可以拉低PWROK，关闭底板电源。另外通过该按键关机后，核心板5V需保持上电状态，如果需要关闭底板的5V外设电源，则需将上述两者分为两个电源域。

图3 带开关机电源设计

案例3：接口电路设计不合理产生IO电流倒灌

在电路设计中，会碰到处理器IO电平与模块IO的电平不相同的问题。为保证正常通信，需要进行电平转换。若直接相连，像TTL电平就会出现电流倒灌现象。电平转换要求：

VOH ≥ VIH，VOL ≤ VIL；

对于多电源系统，某些器件不允许输入电平超过电源电压，针对有类似要求的芯片，注意电路做适当保护；

电平转换影响通信速度。

HDMI 的I2C采用的是5V电平标准，而通常板载的I2C是3.3V或1.8V电平标准。M3568评估底板HDMI设计NMOS电平转换，如图4所示。

图4 M3568评估底板HDMI设计NMOS电平转换电路

左侧板载输入高电平，UGS=0V，NMOS管截止，右侧输出为5V高电平；

左侧板载输入低电平，UGS=3.3V，NMOS管导通，右侧输出为板载低电平；

右侧接口输入高电平，UGS=0V，NMOS管截止，左侧输出为3.3V高电平；

右侧接口输入低电平，NMOS体二极管导通，UGS=2.6V（体二极管有压降），只要NMOS管开启电压小于UGS，NMOS管导通，左侧输出为接口低电平。

此外，HDMI接口供电电源为底板5V电源域，在如图5所示的电路中，加肖特基二极管D15是为了防止在底板掉电后出现电流倒灌。

图5 HDMI 5V电源防倒灌处理

 总结

 

采用致远电子的核心板开发产品，也需要考虑底板的上电时序，但无需像核心板内处理器上电时序那么复杂，只要规避发生电流倒灌即可。针对硬件系统中可能存在容易发生电流倒灌问题，在进行硬件电路设计时，需遵循以下原则：

• 若常供电部分比PMU&SOC优先上电或PMU&SOC掉电后常供电部分仍有供电。为避免发生倒灌，此时PMU&SOC相连接的通讯信号或控制信号都需做电平隔离处理。
• 任何常供电电源不可通过上拉电阻连接到PMU&SOC。
• SOC各组GPIO上拉电阻需选择上拉至其对应供电电源域。
• 外设芯片供电电源由MCU或SOC控制上电时序。
• 外设芯片不能设计成硬件上电使能或复位，避免SOC漏电至外设芯片。

3568系列核心板

四核64位CortexA55架构

主频最高达2GHz

接口资源丰富

参考价格：629元起