導(dǎo)語(yǔ)：

本案例中的一個(gè)問(wèn)題可能是很多***的通病，可以提供一種解決思路。

很多國(guó)產(chǎn)基于ARM內(nèi)核的廠商都是從平板起家，對(duì)于工控的應(yīng)用場(chǎng)合還是處于剛起步的階段，在國(guó)產(chǎn)化的潮流下，很多芯片的bug也只能與供應(yīng)商一起解決。本案例中的一個(gè)問(wèn)題可能是很多***的通病，可以提供一種解決思路。

1問(wèn)題描述

我們的產(chǎn)品使用了國(guó)內(nèi)某知名芯片廠商提供的方案，該芯片是其第一款用于工業(yè)產(chǎn)品的主CPU，綜合貿(mào)易戰(zhàn)和性價(jià)比的考慮，我們第一次嘗試國(guó)產(chǎn)的主芯片替代TI的，在實(shí)際使用過(guò)程中，出現(xiàn)以下的現(xiàn)象：

1、我們?cè)O(shè)置為開(kāi)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，無(wú)需人工按下開(kāi)關(guān)機(jī)，這是工控的正常需求；

2、在冷啟動(dòng)（關(guān)機(jī)30mim后再啟動(dòng)），設(shè)備啟動(dòng)正常；

3、熱啟動(dòng)（關(guān)機(jī)后20min內(nèi)啟動(dòng)），設(shè)備后很大概率不能啟動(dòng)，間隔時(shí)間越短，啟動(dòng)失敗的概率越大。

2原因分析

經(jīng)過(guò)多次的排查分析，我們找到了失敗的規(guī)律，使用示波器掛載在主芯片的VDD3.3V端，如果設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，芯片的VDD3.3V的電壓大于2V，則啟動(dòng)100%失敗，如果VDD3.3V的電壓小于1V，則啟動(dòng)100%成功。說(shuō)明該主芯片啟動(dòng)時(shí)，芯片的VDD不能有過(guò)高的電壓。

但是由于我們是工控產(chǎn)品，工控產(chǎn)品為了應(yīng)對(duì)浪涌以及電壓跌落，內(nèi)置的電容都較多，VDD3.3V上的總電容超過(guò)了500uF，當(dāng)產(chǎn)品掉電以后，負(fù)載變輕，電容的放電時(shí)間更長(zhǎng)。

最初我們有考慮過(guò)增加放電電阻加快放電時(shí)間。但是帶來(lái)2個(gè)問(wèn)題：

（1）、產(chǎn)品的功耗增加

（2）、功率增加影響掉電保存。

經(jīng)過(guò)廠家的連續(xù)攻關(guān)一個(gè)多月，問(wèn)題依然無(wú)解；廠家也認(rèn)可是他們的問(wèn)題，無(wú)耐技術(shù)能力有限，不過(guò)廠商提供了一個(gè)思路，該主芯片是基于平板電腦開(kāi)發(fā)的，平板電腦上有一個(gè)開(kāi)機(jī)按鍵power-on（對(duì)地短路），設(shè)備在關(guān)機(jī)時(shí)，長(zhǎng)按超過(guò)1S，設(shè)備則開(kāi)機(jī)，此時(shí)無(wú)需關(guān)注VDD電壓是否有電壓；在開(kāi)機(jī)狀態(tài)時(shí)，長(zhǎng)按超過(guò)6S，則設(shè)備強(qiáng)行關(guān)機(jī)。

3解決方案

經(jīng)過(guò)廠家的指引，我們只要設(shè)計(jì)一個(gè)電路，模擬人工開(kāi)關(guān)機(jī)動(dòng)作即可，要求如下：

1、在開(kāi)機(jī)時(shí)，強(qiáng)制將Power-on引腳對(duì)地短路1S以上，無(wú)論是冷啟動(dòng)還是熱啟動(dòng)，為了留足余量，該時(shí)間設(shè)置為2S，設(shè)備啟動(dòng)后2S后，將該引腳與地?cái)嚅_(kāi)，避免設(shè)備強(qiáng)行關(guān)機(jī)。

2、正常工作時(shí)，該引腳與地?cái)嚅_(kāi)，避免設(shè)備強(qiáng)行關(guān)機(jī)。

3、本次關(guān)機(jī)與下一次開(kāi)機(jī)之間，超過(guò)1S（考慮人操作很少在1s內(nèi)開(kāi)關(guān)機(jī)兩次），需要能正常啟動(dòng)。

4、為了保證可靠性，不能用軟件實(shí)現(xiàn)；

經(jīng)過(guò)內(nèi)部的討論以及仿真，決定采用如下的方案：

S1模擬用戶的開(kāi)關(guān)機(jī)

C點(diǎn)為控制芯片的開(kāi)關(guān)機(jī)

D點(diǎn)模擬芯片的內(nèi)部的VDD電源。

1、用戶開(kāi)機(jī)時(shí)，電流通過(guò)S1、R1、C1、R1，開(kāi)機(jī)瞬間，電容相當(dāng)于短路，因此電容的下端即B點(diǎn)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(kāi)，將C點(diǎn)進(jìn)行對(duì)地短路，實(shí)現(xiàn)開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行對(duì)地短路的需求。

2、R1、R2構(gòu)成一個(gè)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(dāng)C1 的下端電壓降低到小于3.6V時(shí)，mos管關(guān)閉，C點(diǎn)電壓為高電平，即模擬按鍵開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

4、當(dāng)VCC24V掉電時(shí)，即S1連接到地，C1上的電容通過(guò)D2、D1進(jìn)行放電，瞬間即可以將C1的電放完，避免下次上電時(shí)，由于C1上有過(guò)高的電壓，導(dǎo)致充電的時(shí)間較短。

仿真圖

理論計(jì)算過(guò)程：

電容的充電計(jì)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(jīng)過(guò)計(jì)算，按照上圖1中的參數(shù)計(jì)算，理論的第一次上電的延遲短路的時(shí)間為2.38S。實(shí)際仿真上電延遲短路的時(shí)間為2.5S，理論是仿真數(shù)據(jù)相當(dāng)。值得注意的是，第一次斷電時(shí)間1S后馬上上電，上電的延遲時(shí)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(shí)間不是從0開(kāi)始，導(dǎo)致充電的時(shí)間變短，因此實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程，應(yīng)該需要定義后兩次開(kāi)關(guān)機(jī)的最快時(shí)間，本次最快設(shè)計(jì)為1S。

參數(shù)選擇

兩次開(kāi)關(guān)機(jī)的上下電波形。

4總結(jié)

本次純硬件的方案模擬人工開(kāi)關(guān)機(jī)，主要利用了RC充放電、MOS管開(kāi)啟電壓約3.5V，二極管單向?qū)ǖ墓δ?，讀者在復(fù)用過(guò)程，還需要注意以下3點(diǎn)：

1、仿真沒(méi)有考慮二極管的漏電流，二極管的漏電流可達(dá)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(huì)嚴(yán)重影響理論計(jì)算和仿真。

2、Mos管是電壓導(dǎo)通型，對(duì)干擾很敏感。實(shí)際使用過(guò)程中，來(lái)自VCC24V的電取自電源端口，干擾非常大，因此最好經(jīng)過(guò)π型的高阻抗濾波，例如使用1500Ω以上的磁珠構(gòu)成π型濾波。

3、規(guī)格中必須定義兩次開(kāi)關(guān)機(jī)的最短時(shí)間，時(shí)間太短的話，由于電容沒(méi)有放完電，會(huì)嚴(yán)重影響下次的充電時(shí)間。

審核編輯：湯梓紅