上电顺序知多少？论上电顺序的重要性

工作中第一次感受到上电顺序的重要性还是在罗礼电脑，我那个时候还是一名PE，也就是产品工程师，负责产线的制程分析改善和不良品维修。有一天早上，刚刚到办公室，生产线就发生了紧急事件，有一个测试工位连续烧了三块主板，这可不得了，那个年代一块Intel-440BX的主板要买1300块，我那时一个月工资也才1300块啊。

Figure 1 被烧毁的南桥芯片

我把三块烧毁的板子拿过来分析，发现三块板子的南桥芯片也就是上图中的82371芯片都有明显的被烧焦的痕迹，芯片表面烧的面目全非，看着有点毛骨悚然，当时的照片我没有拍下来（那时候没有智能手机^_^），但是情形和图2基本一样。

Figure 2 芯片的烧毁痕迹

排查这类问题的过程其实和警察查案子类似，我们也查“人证”和“物证”：

01先“查人”

三块板子烧毁都是在同一个测试工位，也就是说由同一个测试人员产生，其他相同的测试工位没有发生这样的事件，我们发现此站工位的作业员比较瘦小，每次插拔ATX Power Cable时，由于胳膊力气小，需要左右两边连续做上下晃动，才能拔出或插入，有点像是利用省力杠杆的原理，而其它工位的作业员则是直接一次性垂直上下插入和拔出。

Figure 3 ATX 电源连接器

02再“查物”

也就是芯片，三块板子烧毁的芯片位置都是南桥芯片。我们从南桥芯片82371的Datasheet里面获得了上电顺序的要求：

“

1) 上电 – 5V要比3.3V先上电，或者二者同时

2) 下电 – 5V要比3.3V后掉电，或者二者同时

Figure 4 82371上电和下电顺序要求

原因分析：

此工位的作业员在插拔ATX电源的时候，由于胳膊的左右晃动造成南桥芯片的上电/下电顺序被破坏，导致烧毁。我们更换了作业员，并且进行作业指导培训后就再也没有出现过芯片烧毁的情况。

虽然我们没有做过实际的测试，但是很多大牛的文章里面都在描述，芯片的上电顺序不满足的话比较危险，要么发生即时故障，要么影响芯片的长期稳定性，我们来列举几个可能发生的情况：

01

Bus contention

如图5所示，左边的CPU有两路电源，即V_CORE和V_IO，右边的芯片和CPU共用V_IO，两颗芯片之间通过双向数据总线接口相连，也就是所谓的“Bidirectional Data bus”，在这个系统里面，我们需要V_CORE先上电，然后V_I/O再上电，否则的话很容易出现CPU和I/O同时往数据线上发送数据，产生图6的情况，此时我们看到在VCC和GND之间产生了一个低阻回路，很容易损坏甚至烧毁芯片。

Figure 5 系统有一颗双电源的芯片

Figure 6 Bus Contention产生的低阻回路

需要提一下，图5的上电顺序（先V_CORE-后V_IO）不是绝对的，有的CPU要求先V_IO后V_CORE，根据接口类型，工艺，设计厂家的不同，上电/下电顺序要求也不一样。

02

Latch-up

Latch-up的中文名叫闩锁，有很多文章也都提及这个概念，我们先来简单描述一下CMOS电路的常用一个基本电路单元如下图（a），（b）图是相对应的芯片物理连接。

（a）

（b）

Figure 7 Latch up示意图

我们发现多了两个器件，也就是我们看到的NPN和PNP, 它们是怎么形成的呢？我们从图中看到是来自不同的MOSFET的P和N之形成了杂散的PNP和NPN，我们把这些管子叫做SCR ( Silicon-Controlled Rectifier )， 为了更加清楚的描述SCR，我们用另外一张简图来表示：

Figure 8 SCR

根据图8，我们看到SCR是一个带有正反馈的不稳定结构，正常情况下SCR是不导通激活的，但是凡事都有例外，我们来看看如果下面这种情况：

“

1) Q2的Base上面有正向外部电流扰动注入，Q2导通；

2) Q2导通，使得Q1的Base电压降低，促进Q1导通；

3) Q1导通，使得Q2的Base电压抬高，Q2进一步导通；

4) Q1和Q2都进入饱和导通状态，电源和地低阻建立。

案例总结：

随着芯片的集成度越来越高，所需要的电压种类也越多，对上电顺序的需求也越来越复杂，我们在设计时需要仔细阅读Datasheet里面的关于Power sequence的需求，这样设计出来的产品才能更加稳定，有时候我们有侥幸心理，觉得上电顺序无关紧要，事实上运气好在研发阶段可能确实不会有什么问题，但是到了后期量产和交付客户使用，会发生什么事情就不可控了，尤其是消费电子产品，林子大了什么鸟都有啊。