我們常常想當(dāng)然地為印刷電路板上的電路上電,，殊不知這可能造成破壞以及有損或無(wú)損閂鎖狀況。隨著片上系統(tǒng)(SoC) IC越來(lái)越多,，對(duì)電源進(jìn)行時(shí)序控制和管理的需求也越來(lái)越多……

　　雖然ADI的數(shù)據(jù)手冊(cè)通常會(huì)提供足夠的信息,，指導(dǎo)您針對(duì)各IC設(shè)計(jì)正確的上電序列。然而,，某些IC明確要求定義恰當(dāng)?shù)纳想娦蛄?。在使用多個(gè)電源的IC中，如轉(zhuǎn)換器（包括ADC和DAC）,、DSP,、音頻/視頻、射頻及許多其它混合信號(hào)IC中,，這一要求相當(dāng)常見(jiàn),。

　　今天我們就通過(guò)2個(gè)栗子討論下設(shè)計(jì)工程師在新設(shè)計(jì)中必須考慮的某些更微妙的電源問(wèn)題，特別是當(dāng)IC需要多個(gè)不同的電源時(shí)。目前,，一些較常用的電源電壓是：+1.8 V,、+2.0 V、+2.5 V,、 +3.3 V,、+5 V、?5 V,、+12 V和?12 V,。

　　栗子

　　01

　　PULSAR ADC示例——絕對(duì)最大額定值

　　ADI的所有數(shù)據(jù)手冊(cè)都含有“絕對(duì)最大額定值”(AMR) 部分，它說(shuō)明為避免造成破壞,，對(duì)引腳或器件可以施加的最大電壓、電流或溫度,。AD7654 PulSAR 16位ADC是采用三個(gè)(或更多)獨(dú)立電源的混合信號(hào)ADC的范例,。這些ADC需要數(shù)字電源(DVDD)、模擬電源(AVDD)和數(shù)字輸入/輸出電源(OVDD),。它們是ADC,，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，因此需要一個(gè)模擬內(nèi)核來(lái)處理傳入的模擬輸入,。數(shù)字內(nèi)核負(fù)責(zé)處理位判斷過(guò)程和控制邏輯,。I/O內(nèi)核用于設(shè)置數(shù)字輸出的電平，以便與主機(jī)邏輯接口(電平轉(zhuǎn)換),。ADC的電源規(guī)格可以在相應(yīng)數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分找到,。表1摘自AD7654數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分。

　　表1. AD7654的絕對(duì)最大額定值

　　注意,，表1中所有三個(gè)電源的范圍都是?0.3 V至+7 V,。相對(duì)于 DVDD和OVDD，AVDD的范圍是+7 V至?7 V,，這就確認(rèn) 了AVDD和DVDD無(wú)論哪一個(gè)先上電都是可行的,。此外， AVDD和OVDD無(wú)論哪一個(gè)先上電也是可行的,。然而,，DVDD與OVDD之間存在限制。技術(shù)規(guī)格規(guī)定,，OVDD最多只能比DVDD高0.3 V,，因此DVDD必須在OVDD之前或與之同時(shí)上電。如果OVDD先上電(假設(shè)5 V),，則DVDD在上電時(shí)比OVDD低5 V,，這不符合“絕對(duì)最大額定值”要求，可能會(huì)損壞器件。

　　模擬輸入INAx,、INBx,、REFx、INxN和REFGND的限制是：這些輸入不得超過(guò)AVDD + 0.3 V或AGND ? 0.3 V,。這說(shuō)明,，如果模擬信號(hào)或基準(zhǔn)電壓源先于AVDD存在，則模擬內(nèi)核很可能會(huì)上電到閂鎖狀態(tài),。這通常是一種無(wú)損狀況,，但流經(jīng)AVDD的電流很容易逐步升至標(biāo)稱(chēng)電流的10 倍，導(dǎo)致ADC變得相當(dāng)熱,。這種情況下,，內(nèi)部靜電放電 (ESD)二極管變?yōu)檎M(jìn)而使模擬電源上電,。為解決這個(gè)問(wèn)題,，輸入和/或基準(zhǔn)電壓源在ADC上電時(shí)應(yīng)處于未上電或未連接狀態(tài)。

　　同樣,，數(shù)字輸入電壓范圍為?0.3 V至DVDD + 0.3 V,。這說(shuō)明，數(shù)字輸入必須小于DVDD + 0.3 V,。因此,，在上電時(shí)， DVDD必須先于微處理器/邏輯接口電路或與之同時(shí)上電,。與上述模擬內(nèi)核情況相似,，這些引腳上的ESD二極管也可能變?yōu)檎箶?shù)字內(nèi)核上電到未知狀態(tài),。

　　AD7621,、AD7622、AD7623,、AD7641和AD7643等PulSAR ADC速度更快,，是該系列的新型器件，采用更低的2.5 V電 源(AD7654則采用5 V電源),。AD7621和AD7623具有明確規(guī)定的上電序列,。表2摘自AD7621數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分。

　　表2. AD7621的絕對(duì)最大額定值

　　同樣,，OVDD與DVDD之間存在限制,。“絕對(duì)最大額定值”規(guī)定：OVDD必須小于或等于DVDD + 0.3 V,，而DVDD則必須小于2.3 V,。一旦DVDD在上電期間達(dá)到2.3 V,，該限制便不再適用。如果不遵守該限制,，AD7621(和AD7623)可能會(huì)受損(見(jiàn)圖1),。

　　圖1. 可能的上電/關(guān)斷序列—AD7621

　　因此，一般上電序列可能是這樣的：AVDD,、DVDD,、 OVDD、VREF,。但是,，每個(gè)應(yīng)用都不一樣，需要具體分析,。注意,，器件關(guān)斷與器件上電同樣重要，切記遵守同樣的規(guī)格要求,。圖1所示為AD7621的典型上電/關(guān)斷序列,。

　　對(duì)于這些ADC，模擬輸入和基準(zhǔn)電壓源的情況與上文所述相同,。對(duì)任何模擬輸入引腳施加電壓都可能導(dǎo)致ESD二極管變?yōu)檎瑥亩鼓M內(nèi)核上電到未知狀態(tài),。

　　這些ADC的數(shù)字輸入和輸出略有不同,，因?yàn)檫@些器件應(yīng)支持5 V數(shù)字輸入。這些ADC是AD7654的速度升級(jí)版本,，數(shù)字輸入和輸出均與OVDD電源相關(guān),，因?yàn)樗苤С指叩?.3 V電壓。注意：數(shù)字輸入限制為5.5 V,，而AD7654則為DVDD + 0.3 V,。

　　栗子

　　02

　　Σ-Δ型ADC示例

　　AD7794 Σ-Δ型24位ADC是另一個(gè)很好的例子。表3摘自 AD7794數(shù)據(jù)手冊(cè)的“絕對(duì)最大額定值”部分,。

　　表3. AD7794的絕對(duì)最大額定值

　　該ADC的問(wèn)題與基準(zhǔn)電壓有關(guān),，它必須小于AVDD + 0.3 V。因此,，AVDD必須先于基準(zhǔn)電壓或與之同時(shí)上電,。

　　AD7794產(chǎn)品詳情：

　　最高23位有效分辨率

　　均方根（RMS）噪聲：40 nV（4.17 Hz時(shí)），85 nV（16.7 Hz時(shí)）

　　功耗：400 ?A（典型值）

　　省電模式：最大1 ?A

　　低噪聲可編程增益儀表放大器

　　帶隙基準(zhǔn)電壓源,，典型漂移值為4 ppm/°C

　　更新速率：4.17 Hz～470 Hz

　　6個(gè)差分模擬輸入

　　內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器

　　50 Hz/60 Hz同時(shí)抑制

　　基準(zhǔn)電壓檢測(cè)

　　可編程電流源

　　電源時(shí)序控制器

　　ADI提供許多電源時(shí)序控制器件,。一般而言，其工作原理是：當(dāng)?shù)谝粋€(gè)調(diào)節(jié)器的輸出電壓達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時(shí),，就會(huì)開(kāi)始一段時(shí)間延遲,，延遲結(jié)束后才會(huì)使能后續(xù)調(diào)節(jié)器上電,。關(guān)斷期間的程序與此相似。時(shí)序控制器也可以用于控制電源良好信號(hào)等邏輯信號(hào)的時(shí)序,，例如：對(duì)器件或微處理器施加一個(gè)復(fù)位信號(hào),，或者簡(jiǎn)單地指示所有電源均有效。

　　最后的建議

　　如今大部分要求高速和低功耗的電路PCB上都需要多個(gè)電源,，例如：+1.8 V,、+2.0 V、+2.5 V,、+3.3 V,、+5 V、?5 V,、 +12 V和?12 V,。為PCB上的這些電源供電并不是一件輕而易舉的事情。必須仔細(xì)分析,，設(shè)計(jì)一個(gè)正確可靠的上電和關(guān)斷序列,。采用分立設(shè)計(jì)變得越來(lái)越困難，解決之道就是采用電源時(shí)序控制IC,，只要改變一下代碼就能改變上電順序,，而不用變更PCB布局布線。