導語:
本案例中的一個問題可能是很多***的通病,可以提供一種解決思路。
很多國產基于ARM內核的廠商都是從平板起家,對于工控的應用場合還是處于剛起步的階段,在國產化的潮流下,很多芯片的bug也只能與供應商一起解決。本案例中的一個問題可能是很多***的通病,可以提供一種解決思路。
1問題描述
我們的產品使用了國內某知名芯片廠商提供的方案,該芯片是其第一款用于工業產品的主CPU,綜合貿易戰和性價比的考慮,我們第一次嘗試國產的主芯片替代TI的,在實際使用過程中,出現以下的現象:
1、我們設置為開機自動啟動,無需人工按下開關機,這是工控的正常需求;
2、在冷啟動(關機30mim后再啟動),設備啟動正常;
3、熱啟動(關機后20min內啟動),設備后很大概率不能啟動,間隔時間越短,啟動失敗的概率越大。
2原因分析
經過多次的排查分析,我們找到了失敗的規律,使用示波器掛載在主芯片的VDD3.3V端,如果設備啟動時,芯片的VDD3.3V的電壓大于2V,則啟動100%失敗,如果VDD3.3V的電壓小于1V,則啟動100%成功。說明該主芯片啟動時,芯片的VDD不能有過高的電壓。
但是由于我們是工控產品,工控產品為了應對浪涌以及電壓跌落,內置的電容都較多,VDD3.3V上的總電容超過了500uF,當產品掉電以后,負載變輕,電容的放電時間更長。
最初我們有考慮過增加放電電阻加快放電時間。但是帶來2個問題:
(1)、產品的功耗增加
(2)、功率增加影響掉電保存。
經過廠家的連續攻關一個多月,問題依然無解;廠家也認可是他們的問題,無耐技術能力有限,不過廠商提供了一個思路,該主芯片是基于平板電腦開發的,平板電腦上有一個開機按鍵power-on(對地短路),設備在關機時,長按超過1S,設備則開機,此時無需關注VDD電壓是否有電壓;在開機狀態時,長按超過6S,則設備強行關機。
3解決方案
經過廠家的指引,我們只要設計一個電路,模擬人工開關機動作即可,要求如下:
1、在開機時,強制將Power-on引腳對地短路1S以上,無論是冷啟動還是熱啟動,為了留足余量,該時間設置為2S,設備啟動后2S后,將該引腳與地斷開,避免設備強行關機。
2、正常工作時,該引腳與地斷開,避免設備強行關機。
3、本次關機與下一次開機之間,超過1S(考慮人操作很少在1s內開關機兩次),需要能正常啟動。
4、為了保證可靠性,不能用軟件實現;
經過內部的討論以及仿真,決定采用如下的方案:
S1模擬用戶的開關機
C點為控制芯片的開關機
D點模擬芯片的內部的VDD電源。
1、用戶開機時,電流通過S1、R1、C1、R1,開機瞬間,電容相當于短路,因此電容的下端即B點電壓為高電平,此高電平只要大于3.6V,即可以將mos管Q1打開,將C點進行對地短路,實現開機時進行對地短路的需求。
2、R1、R2構成一個分壓電路,上電瞬間,C1的兩端電壓相等,都是12V,隨著C1被充電,C1的上端電壓被抬高,下端電壓被降低。
3、當C1 的下端電壓降低到小于3.6V時,mos管關閉,C點電壓為高電平,即模擬按鍵開關斷開。
4、當VCC24V掉電時,即S1連接到地,C1上的電容通過D2、D1進行放電,瞬間即可以將C1的電放完,避免下次上電時,由于C1上有過高的電壓,導致充電的時間較短。
仿真圖
理論計算過程:
電容的充電計算公式可以適用以下公式:t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)],其中的含義如下圖所示,經過計算,按照上圖1中的參數計算,理論的第一次上電的延遲短路的時間為2.38S。實際仿真上電延遲短路的時間為2.5S,理論是仿真數據相當。值得注意的是,第一次斷電時間1S后馬上上電,上電的延遲時間只有1.7S,比第一上電快很多,原因是第一次斷電后電容還有電,再次充電的時間不是從0開始,導致充電的時間變短,因此實際設計過程,應該需要定義后兩次開關機的最快時間,本次最快設計為1S。
參數選擇
兩次開關機的上下電波形。
4總結
本次純硬件的方案模擬人工開關機,主要利用了RC充放電、MOS管開啟電壓約3.5V,二極管單向導通的功能,讀者在復用過程,還需要注意以下3點:
1、仿真沒有考慮二極管的漏電流,二極管的漏電流可達10uA,如果電阻R1、R2的值太大,二極管的漏電流不得不考慮,否則會嚴重影響理論計算和仿真。
2、Mos管是電壓導通型,對干擾很敏感。實際使用過程中,來自VCC24V的電取自電源端口,干擾非常大,因此最好經過π型的高阻抗濾波,例如使用1500Ω以上的磁珠構成π型濾波。
3、規格中必須定義兩次開關機的最短時間,時間太短的話,由于電容沒有放完電,會嚴重影響下次的充電時間。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:避坑指南|純硬件方案模擬手動開關機,解決國產CPU斷電間隔短無法啟動問題
文章出處:【微信號:創易棧,微信公眾號:創易棧】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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