详解电源时序配置方法

本期速览

第七季

巧设电源时序

随着系统应用的发展，电源应用的需求越来越多，同时在一个系统中，电源Rail要求也越来越多，而且不同的Rail需要按照一定的时序上电或者下电。

如图1所示，是一个常见的系统，12V经过降压处理后分别需要给MCU、CAN、MIC、蓝牙等设备供电，这些设备所需要的电压和时序分别不同，那么如何简单方便地实现不同电压之间的时序配置呢？

图1：系统中不同设备的电压和时序各不相同

这篇干货就为工程师们梳理4种实用方法，从基础控制到芯片进阶配置，一次性讲清！

MPS唠嗑局

你在设计电源时序时踩过哪些坑？

欢迎在评论区分享你的经历，我们将从有效留言中挑选1位，送出精美小礼品一份～

视频文字部分

第七季 巧设电源时序

首先，我们来了解一下DCDC芯片的EN脚功能。

所有的电源芯片上都会存在一个EN脚，用于Vin上电后对芯片的开关控制。同时因为通常EN脚仅仅用于芯片的开关控制，所以门槛电压精度不会太高，一般规格书中也只会体现开通的最低门槛以及关闭的最高门槛，不会提供完整的范围信息。

图2：一般规格书中EN引脚参数信息

在低成本的应用中，从系统角度考虑为了节省成本，会需要EN脚具有更丰富的功能，因此需要EN具有更高的门槛电压精度。比如MP1658的EN门槛电压精度经过特别的优化处理，除了可以实现对芯片的开关控制之外，也可用于配置时序。

以MP1658为例，在Vin电压建立后，当EN脚电平高于1.2V，芯片开始工作；当EN脚电平低于1.1V，芯片停止工作。

图3：MP1658的EN工作逻辑

一般来说，EN脚的开启电平和关断电平之间会存在一个滞环，比如图示芯片的滞环为100mV。当EN脚电平出现轻微抖动时候，滞环的存在可以有效地避免芯片频繁地被开关，从而使芯片稳定可靠运行。

在一个电源系统中，如果有多路电源，我们如何利用EN脚来设置不同电源输出的时序呢？

01MCU GPIO控制DCDC EN脚

了解了EN脚功能，最简单的第一种方法就是用MCU的GPIO脚来控制电源芯片的EN脚。通常来说，同一个时序的所有电源可以共用一路GPIO控制信号。

图4：时序配置方法一（利用MCU的GPIO控制DCDC EN脚）

这个方法的优点是，可以精准地通过MCU控制几路电源之间的开通和关断延迟时间。先打开的电源，可以先关闭，也可以后关闭，时序灵活。

但是，随着系统越来越复杂，MCU的GPIO资源将会被大大占用。如果想节省MCU资源，或者在没有MCU的系统中，该如何实现时序的控制呢？

02RC电路延迟控制EN脚

刚刚我们介绍到，对于所有芯片的EN脚，都存在一个开通门槛电压，如果我们可以控制不同的电源芯片EN脚达到开通门槛电压的时间，那么就实现了对电源输出时序的控制。

据此就得到了第二种配置时序的方法：在不同的电源芯片的Vin，EN和GND之间加上不同参数的RC电路，通过配置RC时间常数的大小，得到需要的时序。

以图5所示的3颗DCDC系统为例，如果我们在三路电源中采用不同的R和C，配置EN1最先爬升到开通门槛，Vo1开始建立；紧接着，EN2爬升到了开通门槛，Vo2开始建立；最后，EN3爬升到开通门槛，Vo3开始建立。

当需要关闭时候，RC时间常数最小的电源EN先放电到关断门槛，时间常数最大的电源EN最后放电到关断门槛。

图5：时序配置方法二（RC延迟控制EN脚）

这个方法的优点是电路和控制都非常简单，但同时也存在几个问题：

首先，这种方法中，先开的电源先关，后开的电源后关，关机时序受开机时序的影响。

其次，这种方法对DCDC芯片EN脚门槛精度要求高，需要选用像MP1658这类EN经过优化的DCDC。否则随着芯片分散性，各个Power Rail之间的开关机延迟时间将会有比较大的变化。

最后，对于有快速开关机要求的系统，需要评估RC常数对其的影响，如果C太大，有可能引起系统功能失效。

03EN脚+PG脚配合控制

其实还有另外一类DCDC芯片，它们不仅仅有EN脚，还有另外的一个PG脚：当Vo超出正常范围，芯片内部PG脚对地的MOS导通，PG被拉低；当Vo恢复到正常范围之后，芯片内部才会释放MOS，使PG通过外部上拉电路被拉高。

对于使用此类芯片的系统，我们可以采用第三种方法，用PG和EN配合，实现对系统的时序控制。

图6：时序配置方法三（EN脚/PG脚配合配置时序）

如图7所示的系统，第一路电源的EN可以通过Vin的分压产生，第一路电源的PG信号作为第二路电源的EN信号，以此类推。当Vin上电之后，第一路电源开始工作，当Vo1建立到正常范围，PG1被拉高，第二路电源的EN脚也因此被拉高，第二路电源开始工作，以此类推产生图示的时序。

图7：使用芯片PG+EN时序控制示例

这个方法的优点是，系统设计简单，而且受器件分散性的影响较小。

但是这种方法仍然也存在几个问题：

首先，开机时序影响关机时序，先开的电源先关，后开的电源后关，时序配置不够灵活

其次，需要评估不同DCDC芯片PG脚的响应时间以及默认状态对延迟时间和时序的影响.

以上介绍了三种不同的EN脚控制时序的方法，这三种方法要么需要占用比较多的硬件资源，要么存在开关机延迟时间受器件分散性影响大，开机时序影响关机时序等问题。

那么，有没有其他更加简单便捷而且灵活的时序配置方法呢？

04PMIC内部寄存器配置

为了得到更完美的开关机时序，随着芯片技术的发展，对许多PMIC芯片而言，只需要简单地配置几个寄存器，就能得到需要的开关机时序和各路输出的延迟时间。而且开机和关机时序可以完全解耦，关机时序不再会受到开机时序的限制。同时，开关机时序以及延迟时间受器件分散性影响非常小，几乎可以忽略不记。

图8：时序配置方法四（利用PMIC内部寄存器配置时序）

最后，我们来做一个回顾总结：在电源需求比较复杂的系统中，需要配置不同电源输出之间的开关机时序，通常我们有下列四种方法。

这四种方法各有优劣，工程师朋友们，请根据产品的具体情况选取不同的方法，来完成产品的时序配置吧。