在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，對系統(tǒng)的emi、信號完整性、時序設(shè)計都能引起足夠的重視;但對于電源完整性引起的地彈和電源反彈的問題，很多設(shè)計者還是認識得不清晰。在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，有時由于芯片自身缺陷或芯片之間接口驅(qū)動配合不當引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至不能工作的情況非常多。下面通過對微處理器監(jiān)控芯片max818在使用中出現(xiàn)異常復位的實例分析，說明由于電源完整性引起的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。

　　1 系統(tǒng)描述

　　圖1為μp監(jiān)控電路。監(jiān)控芯片max818具有電源低壓監(jiān)視、電池管理、ram片選鎖定及微處理器硬件看門狗功能。電源低壓監(jiān)視是當系統(tǒng)電壓低于芯片設(shè)定電壓時，max818發(fā)出復位信號。電池管理是當vcc高于電池vbatt時，out切換到vcc，電池處于浮充狀態(tài);當vcc低于vbatt時，out切換到vbatt，由電池供電。ram片選鎖定用于上電或掉電時保護ram中的數(shù)據(jù)不丟失且正確讀寫。微處理器硬件看門狗的作用是當程序跑飛，喂狗信號wdi得不到服務(wù)時，芯片發(fā)出復位信號，復位系統(tǒng)。wdi信號懸空時，max818自動發(fā)出復位信號的功能禁止。

　　系統(tǒng)ram片選信號由cpu的地址線，控制線經(jīng)epld譯碼后輸出接到max818的cein，經(jīng)max818輸出腳ceout接到ram片選ce上。ram的供電電源由max818的out輸出引腳提供。

　　2 系統(tǒng)異常復位現(xiàn)象及分析解決

　　在單片機系統(tǒng)調(diào)試過程中，將監(jiān)控芯片max818的看門狗清除引腳wdi懸空，使max818的復位功能禁止，且程序處于仿真狀態(tài)，這時系統(tǒng)軟硬件一切功能正常。仿真調(diào)試完畢，將程序?qū)懭雈lash中讓其運行，系統(tǒng)總是不停地復位、重啟。max818的復位腳不停地發(fā)出復位信號，用示波器觀察的波形如圖2所示。

　　將wdi懸空重新仿真，系統(tǒng)正常;將wdi懸空，寫入flash，系統(tǒng)正常。分析認為是max818自己在發(fā)出復位信號。理論上能引起max818復位的原因有以下2點：

　�、俪^1.6s，max818引腳(6)wdi沒有喂狗信號，能引起復位;

　　②系統(tǒng)電源低于max818電源電壓設(shè)定值4.65v，能引起復位。

　　通過仿真監(jiān)測cpu問隔ls清狗一次;測量系統(tǒng)電源電壓vcc=5.08v。說明不是上面兩條原因引起的復位，而是有別的什么原因引起異常復位。下面分析引起復位的原因：

　　芯片電源監(jiān)視原理如圖3所示。電源監(jiān)視原理為系統(tǒng)vcc通過電阻分壓后輸入比較器的正端(十)，比較器的負端(一)接內(nèi)部基準1.25v。當比較器的+端電壓低于1.25v時，比較器輸出換轉(zhuǎn)。一邊使reset輸出低電平復位系統(tǒng)，同時將out切換到batt電池。推測認為，是芯片的cei和ceo引腳狀態(tài)快速切換引起芯片內(nèi)部局部電源電壓下降，經(jīng)內(nèi)部分壓后低于l.25v電源監(jiān)視功能起的作用，發(fā)出復位信號使系統(tǒng)不停復位。根據(jù)推測，為使max818電源監(jiān)視不異常復位，必須使芯片內(nèi)部比較器的+端電壓高于1.25v。為驗證推測，將芯片電源vcc電壓提高到5.3 v以上，這時系統(tǒng)開始正常工作。

　　將芯片電源vcc恢復到正常5.08 v，在max818的cei輸入引腳串入500ω電阻，以降低cei和ceo引腳狀態(tài)切換速率，這時系統(tǒng)也能正常工作。

　　3 引起電源完整性原因

　　①在數(shù)字電路中，當器件處于上升/下降沿很陡的截止和導通轉(zhuǎn)換的過程時，會產(chǎn)生很大的瞬間變化的電流△i。由于電源線和地線都存在引線電感l(wèi)，△i通過l將引起地電位的波動和電源電壓的波動，從而引起噪聲，所以也稱為△i噪聲。如果是由于封裝電感而引起地平面的波動，造成芯片地和系統(tǒng)地不一致，這種現(xiàn)象就稱為“地彈(ground bounce)”;同樣，如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異，就稱為“電源反彈(power bounce)”。電壓的瞬變由下面的公式定義：

　　v=l·di/dt

　　其中：l是電流傳輸路徑上電感的值;出表示信號上升時間間隔內(nèi)電流的變化;出表示電流的傳輸時間(信號的上升時間)。

　　芯片的內(nèi)部電源引線、地線引線或印制板的布線問題，一般容易引起電源完整性問題。

　�、诓煌酒慕涌隍�(qū)動類型不當也能引起電源完整性問題。例如，用輸出小電流的i/o引腳去驅(qū)動需要大驅(qū)動電流的引腳，容易導致輸出電流的芯片局部電源電壓波動，引起系統(tǒng)工作不正常。

　　結(jié)語

　　通過一個具體實例論述電源完整性問題，說明單片機系統(tǒng)中，許多認為莫名其妙的現(xiàn)象很多時候是由于電源完整性余量不夠引起的。在加強系統(tǒng)的emc設(shè)計和時序設(shè)計的同時，還要對電源完整性給予足夠的關(guān)注。

　　在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，對系統(tǒng)的emi、信號完整性、時序設(shè)計都能引起足夠的重視;但對于電源完整性引起的地彈和電源反彈的問題，很多設(shè)計者還是認識得不清晰。在單片機系統(tǒng)設(shè)計中，有時由于芯片自身缺陷或芯片之間接口驅(qū)動配合不當引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至不能工作的情況非常多。下面通過對微處理器監(jiān)控芯片max818在使用中出現(xiàn)異常復位的實例分析，說明由于電源完整性引起的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定現(xiàn)象。

　　1 系統(tǒng)描述

　　圖1為μp監(jiān)控電路。監(jiān)控芯片max818具有電源低壓監(jiān)視、電池管理、ram片選鎖定及微處理器硬件看門狗功能。電源低壓監(jiān)視是當系統(tǒng)電壓低于芯片設(shè)定電壓時，max818發(fā)出復位信號。電池管理是當vcc高于電池vbatt時，out切換到vcc，電池處于浮充狀態(tài);當vcc低于vbatt時，out切換到vbatt，由電池供電。ram片選鎖定用于上電或掉電時保護ram中的數(shù)據(jù)不丟失且正確讀寫。微處理器硬件看門狗的作用是當程序跑飛，喂狗信號wdi得不到服務(wù)時，芯片發(fā)出復位信號，復位系統(tǒng)。wdi信號懸空時，max818自動發(fā)出復位信號的功能禁止。

　　系統(tǒng)ram片選信號由cpu的地址線，控制線經(jīng)epld譯碼后輸出接到max818的cein，經(jīng)max818輸出腳ceout接到ram片選ce上。ram的供電電源由max818的out輸出引腳提供。

　　2 系統(tǒng)異常復位現(xiàn)象及分析解決

　　在單片機系統(tǒng)調(diào)試過程中，將監(jiān)控芯片max818的看門狗清除引腳wdi懸空，使max818的復位功能禁止，且程序處于仿真狀態(tài)，這時系統(tǒng)軟硬件一切功能正常。仿真調(diào)試完畢，將程序?qū)懭雈lash中讓其運行，系統(tǒng)總是不停地復位、重啟。max818的復位腳不停地發(fā)出復位信號，用示波器觀察的波形如圖2所示。

　　將wdi懸空重新仿真，系統(tǒng)正常;將wdi懸空，寫入flash，系統(tǒng)正常。分析認為是max818自己在發(fā)出復位信號。理論上能引起max818復位的原因有以下2點：

　�、俪^1.6s，max818引腳(6)wdi沒有喂狗信號，能引起復位;

　　②系統(tǒng)電源低于max818電源電壓設(shè)定值4.65v，能引起復位。

　　通過仿真監(jiān)測cpu問隔ls清狗一次;測量系統(tǒng)電源電壓vcc=5.08v。說明不是上面兩條原因引起的復位，而是有別的什么原因引起異常復位。下面分析引起復位的原因：

　　芯片電源監(jiān)視原理如圖3所示。電源監(jiān)視原理為系統(tǒng)vcc通過電阻分壓后輸入比較器的正端(十)，比較器的負端(一)接內(nèi)部基準1.25v。當比較器的+端電壓低于1.25v時，比較器輸出換轉(zhuǎn)。一邊使reset輸出低電平復位系統(tǒng)，同時將out切換到batt電池。推測認為，是芯片的cei和ceo引腳狀態(tài)快速切換引起芯片內(nèi)部局部電源電壓下降，經(jīng)內(nèi)部分壓后低于l.25v電源監(jiān)視功能起的作用，發(fā)出復位信號使系統(tǒng)不停復位。根據(jù)推測，為使max818電源監(jiān)視不異常復位，必須使芯片內(nèi)部比較器的+端電壓高于1.25v。為驗證推測，將芯片電源vcc電壓提高到5.3 v以上，這時系統(tǒng)開始正常工作。

　　將芯片電源vcc恢復到正常5.08 v，在max818的cei輸入引腳串入500ω電阻，以降低cei和ceo引腳狀態(tài)切換速率，這時系統(tǒng)也能正常工作。

　　3 引起電源完整性原因

　�、僭跀�(shù)字電路中，當器件處于上升/下降沿很陡的截止和導通轉(zhuǎn)換的過程時，會產(chǎn)生很大的瞬間變化的電流△i。由于電源線和地線都存在引線電感l(wèi)，△i通過l將引起地電位的波動和電源電壓的波動，從而引起噪聲，所以也稱為△i噪聲。如果是由于封裝電感而引起地平面的波動，造成芯片地和系統(tǒng)地不一致，這種現(xiàn)象就稱為“地彈(ground bounce)”;同樣，如果是由于封裝電感引起的芯片和系統(tǒng)電源差異，就稱為“電源反彈(power bounce)”。電壓的瞬變由下面的公式定義：

　　v=l·di/dt

　　其中：l是電流傳輸路徑上電感的值;出表示信號上升時間間隔內(nèi)電流的變化;出表示電流的傳輸時間(信號的上升時間)。

　　芯片的內(nèi)部電源引線、地線引線或印制板的布線問題，一般容易引起電源完整性問題。

　�、诓煌酒慕涌隍�(qū)動類型不當也能引起電源完整性問題。例如，用輸出小電流的i/o引腳去驅(qū)動需要大驅(qū)動電流的引腳，容易導致輸出電流的芯片局部電源電壓波動，引起系統(tǒng)工作不正常。

　　結(jié)語

　　通過一個具體實例論述電源完整性問題，說明單片機系統(tǒng)中，許多認為莫名其妙的現(xiàn)象很多時候是由于電源完整性余量不夠引起的。在加強系統(tǒng)的emc設(shè)計和時序設(shè)計的同時，還要對電源完整性給予足夠的關(guān)注。