- 探討電源時序控制
- 采用獨立電源的混合信號ADC
- 采用電源時序控制IC
上電考量
人們常常想當(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損閂鎖狀況。這些問題可能并不突出，直到量產(chǎn)開始，器件和設(shè)計的容差接受檢驗時才被發(fā)現(xiàn)，但為時已晚，項目和產(chǎn)品的時間及交貨將會受到極大影響，成本大幅攀升。為了解決這一階段中發(fā)現(xiàn)的錯誤，將需要進行大量修改，包括PCB布局變更、設(shè)計更改和額外的異常現(xiàn)象等。
隨著集成電路（IC）時代的到來，許多功能模塊被集成到一個IC中，因而需要利用多個電源為這些模塊供電。這些電源的電壓有時候相同，但更多時候是不同的。市場上的片上系統(tǒng)（SoC） IC越來越多，這就產(chǎn)生了對電源進行時序控制和管理的需求ADI公司的數(shù)據(jù)手冊通常會提供足夠的信息，指導(dǎo)設(shè)計工程師針對各IC設(shè)計正確的上電序列。然而，某些IC明確要求定義恰當(dāng)?shù)纳想娦蛄小τ贏DI公司的許多IC,情況都是如此。在使用多個電源的IC中，如轉(zhuǎn)換器（包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC）、數(shù)字信號處理器（DSP）、音頻/視頻、射頻及許多其它混合信號IC中，這一要求相當(dāng)常見。本質(zhì)上，包含某種帶數(shù)字引擎的模擬輸入/輸出的IC都屬于這一類，可能需要特定的電源時序控制。這些IC可能有獨立的模擬電源和數(shù)字電源，某些甚至還有數(shù)字輸入/輸出電源，詳情請參閱下文討論的具體示例。
本應(yīng)用筆記討論設(shè)計工程師在新設(shè)計中必須考慮的某些更微妙的電源問題，特別是當(dāng)IC需要多個不同的電源時。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.
ADI公司在全球銷售的產(chǎn)品超過10,000種，但本應(yīng)用筆記的討論范圍僅限于幾款A(yù)DC.不過，這些電源時序考慮實際上可以應(yīng)用于ADI公司的任何混合信號IC.
PULSAR ADC示例--絕對最大額定值
ADI公司的所有數(shù)據(jù)手冊都含有"絕對最大額定值"（AMR）部分，它說明為避免造成破壞，對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（或更多）獨立電源的混合信號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,用于將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，因此需要一個模擬內(nèi)核來處理傳入的模擬輸入。數(shù)字內(nèi)核負責(zé)處理位判斷過程和控制邏輯。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)手冊的"絕對最大額定值"部分找到。表1摘自AD7654 （Rev. B）數(shù)據(jù)手冊的"絕對最大額定值"部分。
表1. AD7654的絕對最大額定值（Rev. B）
注意，表1中所有三個電源的范圍都是-0.3 V至+7 V.相對于DVDD和OVDD,AVDD的范圍是+7 V至-7 V,這就確認了AVDD和DVDD無論哪一個先上電都是可行的。此外，AVDD和OVDD無論哪一個先上電也是可行的。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之前或與之同時上電。如果OVDD先上電（假設(shè)5 V），則DVDD在上電時比OVDD低5 V,這不符合"絕對最大額定值"要求，可能會損壞器件。
模擬輸入INAx、INBx、REFx、INxN和REFGND的限制是：這些輸入不得超過AVDD + 0.3 V或AGND ? 0.3 V.這說明，如果模擬信號或基準電壓源先于AVDD存在，則模擬內(nèi)核很可能會上電到閂鎖狀態(tài)。這通常是一種無損狀況，但流經(jīng)AVDD的電流很容易逐步升至標稱電流的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而使模擬電源上電。為解決這個問題，輸入和/或基準電壓源在ADC上電時應(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.這說明，數(shù)字輸入必須小于DVDD + 0.3 V.因此，在上電時，DVDD必須先于微處理器/邏輯接口電路或與之同時上電。
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PulSARADC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 （Rev. 0）數(shù)據(jù)手冊的"絕對最大額定值"部分。
表2. AD7621的絕對最大額定值（Rev. 0）
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同樣，OVDD與DVDD之間存在限制。"絕對最大額定值"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）可能會受損（見圖1）。
因此，一般上電序列可能是這樣的：AVDD、DVDD、OVDD、VREF.但是，每個應(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。
對于這些ADC,模擬輸入和基準電壓源的情況與上文所述相同。對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，因為這些器件應(yīng)支持5 V數(shù)字輸入。這些ADC是AD7654的速度升級版本，數(shù)字輸入和輸出均與OVDD電源相關(guān)，因為它能支持更高的3.3 V電壓。
注意：數(shù)字輸入限制為5.5 V,而AD7654則為DVDD + 0.3 V.
∑-△型ADC示例。
AD7794 ∑-△型24位ADC是另一個很好的例子。表3摘自AD7794 （Rev. D）數(shù)據(jù)手冊的"絕對最大額定值"部分。
因此，AVDD必須先于基準電壓或與之同時上電。
電源時序控制器
ADI公司提供許多電源時序控制器件。一般而言，其工作原理是：當(dāng)?shù)谝粋€調(diào)節(jié)器的輸出電壓達到預(yù)設(shè)閾值時，就會開始一段時間延遲，延遲結(jié)束后才會使能后續(xù)調(diào)節(jié)器上電。關(guān)斷期間的程序與此相似。時序控制器也可以用于控制電源良好信號等邏輯信號的時序，例如：對器件或微處理器施加一個復(fù)位信號，或者簡單地指示所有電源均有效。
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。必須仔細分析，設(shè)計一個正確可靠的上電和關(guān)斷序列。采用分立設(shè)計變得越來越困難，解決之道就是采用電源時序控制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。
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同樣，OVDD與DVDD之間存在限制。"絕對最大額定值"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）可能會受損（見圖1）。
因此，一般上電序列可能是這樣的：AVDD、DVDD、OVDD、VREF.但是，每個應(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。
圖1. 可能的上電/關(guān)斷序列-AD7621 （Rev. 0）
對于這些ADC,模擬輸入和基準電壓源的情況與上文所述相同。對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，因為這些器件應(yīng)支持5 V數(shù)字輸入。這些ADC是AD7654的速度升級版本，數(shù)字輸入和輸出均與OVDD電源相關(guān)，因為它能支持更高的3.3 V電壓。
注意：數(shù)字輸入限制為5.5 V,而AD7654則為DVDD + 0.3 V.
∑-△型ADC示例。
AD7794 ∑-△型24位ADC是另一個很好的例子。表3摘自AD7794 （Rev. D）數(shù)據(jù)手冊的"絕對最大額定值"部分。
表3. AD7794的絕對最大額定值(Rev. D)
因此，AVDD必須先于基準電壓或與之同時上電。
電源時序控制器
ADI公司提供許多電源時序控制器件。一般而言，其工作原理是：當(dāng)?shù)谝粋€調(diào)節(jié)器的輸出電壓達到預(yù)設(shè)閾值時，就會開始一段時間延遲，延遲結(jié)束后才會使能后續(xù)調(diào)節(jié)器上電。關(guān)斷期間的程序與此相似。時序控制器也可以用于控制電源良好信號等邏輯信號的時序，例如：對器件或微處理器施加一個復(fù)位信號，或者簡單地指示所有電源均有效。
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。必須仔細分析，設(shè)計一個正確可靠的上電和關(guān)斷序列。采用分立設(shè)計變得越來越困難，解決之道就是采用電源時序控制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。
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