| 嵌入式硬件設計將成為21世紀微電子的核心技術(shù)的系統級芯片(SoC)設計中的三大關(guān)鍵技術(shù)與相互融合的一些研究領(lǐng)域做了詳細的闡述,并對SoC設計面臨的挑戰以及發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
某電機控制板帶有動(dòng)力回收的功能，在沒(méi)有助力電池時(shí)，電機的轉動(dòng)也可以繼續為控制板供電。而電機的不均勻轉動(dòng)會(huì )產(chǎn)生快速波動(dòng)的電壓，從而導致電源芯片輸出極不穩定的電壓，使得后級設備在極短的時(shí)間內頻繁的上下電，導致板子上的藍牙模塊頻繁丟失固件甚至燒壞，降低了產(chǎn)品性能。后來(lái)通過(guò)調整電源芯片EN引腳的相關(guān)配置，完美解決了該問(wèn)題。想知道對EN做了什么“手腳”嗎?小小的EN還蘊含著(zhù)什么樣的大智慧呢?
一、概述
EN即Enable，即“使能”的意思，不同的芯片的叫法也有所不同，如EA、RUN等。而它們的功能基本是一樣的，即只有該引腳激活時(shí)，芯片或模塊才能正常的輸出。針對這一功能，我們可以添加一些簡(jiǎn)單的外圍電路來(lái)實(shí)現穩定芯片或者輸出上電排序的功能。一些較高級的電源芯片的EN引腳通常還帶有滯回的特性。
二、應用技巧
1.巧用分壓電阻，實(shí)現電源芯片的穩定輸出
對于電源芯片，我們通常使用分壓電阻將EN信號接到電源的輸入引腳上，來(lái)防止EN端的電壓超過(guò)它的耐壓值。而在滿(mǎn)足耐壓值得條件下，還要將EN腳的電壓設定在“合適”的范圍。
例如文章一開(kāi)始提到的，某電機控制板的24V電源在給電機供電的同時(shí)也通過(guò)DC/DC:MP2451輸出12V給其他電路供電。在沒(méi)有助力電池時(shí)，電機發(fā)電為控制板供電，而電機的轉動(dòng)并非是勻速的，產(chǎn)生了波動(dòng)較大的電壓，如下圖1所示，黃色線(xiàn)為電機反向發(fā)電電壓，綠色則為MP2451輸出的電壓。
圖1電機發(fā)電曲線(xiàn)和DCDC的輸出曲線(xiàn)
由上圖1可以看出，電機的發(fā)電電壓(DC/DC的輸入電壓)VIN大概在6.2V時(shí)候就使能了DC/DC輸出，此時(shí)輸入電壓小于設定的12V輸出電壓，使得DC/DC內部的MOS管由于輸出反饋的作用一直在快速的導通和關(guān)閉，形成了一個(gè)噪聲包絡(luò )隨著(zhù)輸入波動(dòng)的、不穩定的輸出電壓。當電機的發(fā)電電壓大于12V時(shí)，DC/DC才輸出了平穩的12V電壓。
這是因為電路中的分壓電阻網(wǎng)絡(luò )設置不當，在輸入電壓很低的時(shí)候就達到了EN的閾值電壓，導致過(guò)早使能電源芯片輸出。這就是設計過(guò)程中只考慮了將電源芯片的EN引腳電壓設置在耐壓值以下，而未考慮將EN腳的分壓網(wǎng)絡(luò )設定在“合適”的范圍的例子。
那么EN腳的分壓網(wǎng)絡(luò )設定在什么位置比較合適呢?
圖2EN使能輸出曲線(xiàn)
l如曲線(xiàn)①所示，輸入電壓較低時(shí)就達到了VEN的使能閾值，使能芯片輸出，此時(shí)輸出受到輸入波動(dòng)的影響且上電緩慢，影響了后級電路的工作穩定性;
l如曲線(xiàn)②所示，輸入電壓VIN上升到70%~80%的時(shí)候，VEN才到達使能閾值，此時(shí)芯片輸出摒除了輸入電源的不穩定階段，上電迅速，輸出平穩，減小了輸入電壓波動(dòng)的影響;
l同時(shí)預留了20%~30%的余量避免了輸入電源波動(dòng)導致輸出關(guān)閉的問(wèn)題;
l由此可知將電源芯片的EN閾值電壓通過(guò)分壓網(wǎng)絡(luò )設定在70%~80%×VIN是較為合理的，EN閾值可以通過(guò)芯片手冊查得。如下圖3所示，根據已知的EN閾值和輸入電壓即可求得合適的分壓電阻比例。
圖3根據已知的EN閾值分配網(wǎng)絡(luò )電阻
圖4是調整EN引腳的分壓電阻阻值后的輸出波形，輸出的電壓波動(dòng)得到了明顯的改善。再繼續調整分壓電阻阻值，就可以得到更加平穩的輸出波形，此方法簡(jiǎn)單有效的解決了前面提到的輸出不穩定的問(wèn)題。
圖4調整分壓電阻后的電壓波形
由此可見(jiàn)，小小的EN引腳，設置不當也會(huì )引起不小的麻煩，因此在滿(mǎn)足EN耐壓值的件下，根據實(shí)際情況將EN的輸入電壓穩定在“合適”的范圍之內，也是非常重要的。這個(gè)小小的使用技巧，您學(xué)會(huì )了嗎?
2.巧用EN功能，實(shí)現上電時(shí)序
電路設計中，芯片或模塊往往需要多種工作電源，同時(shí)對這些電源的上電順序也提出了相應的要求。若沒(méi)有滿(mǎn)足這些上電時(shí)序的要求可能導致總線(xiàn)沖突、器件閂鎖等故障。例如某系統上的工作電源有VCC_Core、VCC_DDR、VCC_DIO三種電源，通過(guò)分立的電源芯片控制。此時(shí)可以通過(guò)調整電源芯片EN引腳的RC回路來(lái)控制上電時(shí)序，即圖中的R1和C1。
圖5 RC延時(shí)電路
RC時(shí)間常數大的也必定產(chǎn)生動(dòng)作延遲，即后開(kāi)始工作，改變不同的參數得到不同的延時(shí)時(shí)間，從而控制分立電源芯片的上電時(shí)序。此法還可以滿(mǎn)足用一個(gè)EN信號控制多個(gè)電源芯片的使用需求。
需要注意的是RC中的電阻也不能過(guò)大，要滿(mǎn)足EN引腳所需的電流需求。如下圖所示為某電源芯片手冊中EN輸入電流條件。
圖6 EN腳輸入電流舉例
三、總結
通過(guò)對EN的控制，可以實(shí)現相應的功能，包括合理設置EN的靜態(tài)工作點(diǎn)，既可以避免在電源電壓不穩定階段開(kāi)啟芯片電源供電，又能避免在正常工作時(shí)，電源電壓波動(dòng)引起系統意外掉電。通過(guò)對EN的邏輯時(shí)序控制，可以實(shí)現多路電源上電時(shí)序的控制。
此外，在EN端加上適當的控制電路，可以放大EN的滯回電壓。這一點(diǎn)對于電池供電的系統，在電池接近耗盡的時(shí)候，可以避免電路循環(huán)重復上下電。
由此可見(jiàn)，這看似簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的EN引腳，使用時(shí)也是需要多加注意的。通過(guò)本文的介紹，您是不是也覺(jué)得這小小EN，蘊含大大的智慧呢? |
