導讀

通過案例分析，我們將探討如何通過電路設計規避潛在的電流倒灌風險。本文旨在為您提供實用的設計指導，以提升產品的可靠性和性能。

在電子設備的設計與維護中，IO電流倒灌是一個需要特別關注的問題。為了防止這一現象的發生，我們可以采取以下措施：

1. 在電源和信號線之間添加適當的保護電路或保護器，以確保電流不會流向錯誤的方向。
2. 正確地設計和配置電路，也可以減少IO電流倒灌的風險。
3. 在電子設備中，使用適當的電阻、電容、二極管等元件來配置電路，以防止電流倒灌。

?案例分析

案例1：底板外設先于核心板上電，IO電流倒灌到SOC芯片內部解決這樣的電流倒灌，需要注意研究核心板電源供電電路的資料。以ZLG的M3568核心板為例，核心板提供了一個PWR_OK引腳，核心板上電完成后，該引腳輸出高電平。用PWR_OK引腳來控制使能二級電源，則可以規避IO電流倒灌問題。

圖1為電源系統二級電源，使用SOC配套的PMU輸出的PWR_OK來使能二級電源，符合上電時序要求。M3568核心板完成啟動配置時間大概為200ms，PWR_OK也大概是在5V供電后的200ms會起來，可以保證核心板上電完畢后底板其他電源再上電。

圖1 二級電源

案例2：底板控制電路或芯片通過外設上拉電路拉高核心板管腳，上拉電源域比SOC對應的GPIO的供電電源域先上電，產生IO電流倒灌

如圖2所示，SOC的GPIO通過上拉電阻上拉到底板電源域，如果底板電源域比SOC對應的GPIO的供電電源域先上電，則會發生倒灌，長期可能引起SOC工作異常，甚至可能進一步導致底板電源無法關閉。所以在需要使用按鍵控制設備開關機時，必須嚴格控制底板電源的關斷控制。

圖2 底板電源和SOC

解決這樣的問題，可參考Coral3568核心板的底板電源電路設計。該核心板帶PWRON和PWROK兩個引腳，可支持開關機按鍵電源設計（短按開機，長按關機）。電路如圖3所示，將PWRON信號和PWROK信號通過二極管相連，PWROK信號連正極，PWRON信號連負極，這樣按鍵按下時PWRON信號可以拉低PWROK，關閉底板電源。另外通過該按鍵關機后，核心板5V需保持上電狀態，如果需要關閉底板的5V外設電源，則需將上述兩者分為兩個電源域。

圖3 帶開關機電源設計

案例3：接口電路設計不合理產生IO電流倒灌

在電路設計中，會碰到處理器IO電平與模塊IO的電平不相同的問題。為保證正常通信，需要進行電平轉換。若直接相連，像TTL電平就會出現電流倒灌現象。電平轉換要求：

VOH ≥ VIH，VOL ≤ VIL；

對于多電源系統，某些器件不允許輸入電平超過電源電壓，針對有類似要求的芯片，注意電路做適當保護；

電平轉換影響通信速度。

HDMI 的I2C采用的是5V電平標準，而通常板載的I2C是3.3V或1.8V電平標準。M3568評估底板HDMI設計NMOS電平轉換，如圖4所示。

圖4 M3568評估底板HDMI設計NMOS電平轉換電路

左側板載輸入高電平，UGS=0V，NMOS管截止，右側輸出為5V高電平；

左側板載輸入低電平，UGS=3.3V，NMOS管導通，右側輸出為板載低電平；

右側接口輸入高電平，UGS=0V，NMOS管截止，左側輸出為3.3V高電平；

右側接口輸入低電平，NMOS體二極管導通，UGS=2.6V（體二極管有壓降），只要NMOS管開啟電壓小于UGS，NMOS管導通，左側輸出為接口低電平。

此外，HDMI接口供電電源為底板5V電源域，在如圖5所示的電路中，加肖特基二極管D15是為了防止在底板掉電后出現電流倒灌。

圖5 HDMI5V電源防倒灌處理

?總結

采用致遠電子的核心板開發產品，也需要考慮底板的上電時序，但無需像核心板內處理器上電時序那么復雜，只要規避發生電流倒灌即可。針對硬件系統中可能存在容易發生電流倒灌問題，在進行硬件電路設計時，需遵循以下原則：

• 若常供電部分比PMU&SOC優先上電或PMU&SOC掉電后常供電部分仍有供電。為避免發生倒灌，此時PMU&SOC相連接的通訊信號或控制信號都需做電平隔離處理。
• 任何常供電電源不可通過上拉電阻連接到PMU&SOC。
• SOC各組GPIO上拉電阻需選擇上拉至其對應供電電源域。
• 外設芯片供電電源由MCU或SOC控制上電時序。
• 外設芯片不能設計成硬件上電使能或復位，避免SOC漏電至外設芯片。

3568系列核心板

四核64位CortexA55架構

主頻最高達2GHz

接口資源豐富

參考價格：629元起