TMS320C6748網(wǎng)關(guān)板上電時序問題分析

文/錢臣 吳春鮮

數(shù)字信號處理器芯片公司德州儀器旗下的DSP已經(jīng)在網(wǎng)絡(luò)通信、軌道交通、醫(yī)療設(shè)備、自動化控制多領(lǐng)域的有著廣泛的應(yīng)用，高集成度同時伴隨著單顆處理器芯片的電源種類也變得越來越多，電路系統(tǒng)設(shè)計的規(guī)模越來越復(fù)雜，整板的電源種類也是隨之增加，相互間的上電時序問題就顯得越來越需要電路設(shè)計者引起重視。

1 產(chǎn)品及DSP簡介

1.1 產(chǎn)品簡介

網(wǎng)關(guān)板是在網(wǎng)絡(luò)交換中，其作為信任服務(wù)設(shè)施重要組成部分，實現(xiàn)局域網(wǎng)業(yè)務(wù)的可控跨域互通和資源安全共享。器件TMS320C6748在本設(shè)計中起到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理以及用戶身份簽名認證，以及提供用戶人機交互的功能。

1.2 DSP簡介

TMS320C6748是一款主頻300MHZ，最高可以超頻到450Mhz的DSP芯片，內(nèi)核工作電壓1.2V。擁有DDR2內(nèi)存接口，工作電壓1.8V。外部程序啟動接口，工作電壓3.3V。USB接口及百兆MAC，工作電壓5V和2.5V。

2 問題背景

網(wǎng)關(guān)板按下電源開關(guān)，部分設(shè)備不能正常啟動，DSP芯片發(fā)熱量特別大，測試過程中發(fā)現(xiàn)芯片表面溫度高達50多度。部分設(shè)備啟動正常電壓正常。初樣電路采用的時序控制電路如圖1所示。

3 問題描述

網(wǎng)管板的各個電源電壓均正常，但電源的上電時序有問題。要求的上電時序為：12V→5V→1.1V,1.2V→1.8V→2.5V,3.3V。實測時序為：12V→5V→1.8V,2.5V,3.3V →1.1V,1.2V，上電時序如圖2所示。

4 問題分析

（1）由于各電源電壓都是準確的，所以考慮電源芯片應(yīng)該沒問題，主要懷疑電源芯片的時序控制問題。理想情況下應(yīng)該是1.8V控制2.5V和3.3V，所以首先對1.8V的時序控制電路進行了測試。測量V23的1管腳和3管腳波形，及1.8V和1.1V電源波形如圖3所示。

由圖3知，在上電初期，由于V23的1管腳電壓（3號波形）低于V23的開啟電壓（大概為2V），所以V23的3管腳電壓（1號波形）被5V電源上拉至2V左右。V23的3腳是接到1.8V電源芯片BL3406的使能端的，而BL3406的使能端電壓高于1.5V時，芯片開始正常輸出，所以V23的3管腳被拉到2V左右會導(dǎo)致1.8V電壓（2號波形）正常輸出。隨著5V電壓的上升，V23的1管腳電壓也進一步上升，最終大于V23的開啟電壓，從而導(dǎo)致V23的3管腳被拉到地。V23的3腳拉到地后，1.8V電源轉(zhuǎn)換芯片BL3406的輸出使能無效，1.8V電壓開始下降。當(dāng)1.1V電壓（4號波形）達到0.8V左右時，V22導(dǎo)通，V23截止，V23的3腳重新被拉高，1.8V開始正常輸出。

根據(jù)以上現(xiàn)象初步懷疑是V23的開啟電壓偏高導(dǎo)致上電時序出錯。

網(wǎng)關(guān)板v2.0版本中測試V23的開啟電壓實測為1.9V左右（高于電源芯片BL3406的使能有效電壓1.5V）。而網(wǎng)關(guān)板v1.0中，同樣的型號的V23的開啟電壓為1.2V（低于電源芯片BL3406的使能有效電壓1.5V），所以v1.0中沒有發(fā)現(xiàn)上電時序問題。

（2）將V23換為S9013（開啟電壓只有0.8V左右），然后進行測試。測試結(jié)果如圖4所示。

由圖4知，1.8V電壓（2號波形）仍然不正確。（3號波形為1.1V電壓，1號波形為3.3V電壓）。

（3）將1.8V電壓轉(zhuǎn)換芯片輸出端的電感取掉，使1.8V電源平面無輸入電壓，再次測量電壓波形。測量結(jié)果如圖5所示。

圖1

圖2

圖3

圖4

圖5

圖6

圖7

由圖5知，上電初期，1.8V電源（3號波形）平面在無輸入的情況下仍然有1.3V左右的電壓，所以懷疑是電壓倒灌。由于1.8V電壓只在DSP芯片處與1.2V和3.3V電源有交集，而實測的1.2V電源是明顯晚于1.8V電源啟動，所以懷疑是3.3V電源通過DSP倒灌1.8V電源。

（4）將1.8V電壓轉(zhuǎn)換芯片輸出端的電感重新焊上，將3.3V電壓轉(zhuǎn)換芯片輸出端的電感取掉（相當(dāng)于3.3V電源平面無輸入），再次測量電壓波形。測量結(jié)果如圖6所示（此時V23已經(jīng)換為S9013）。

由圖6知，1.8V電源（2號波形）啟動已經(jīng)正常。（1號波形為2.5V電源，3號波形為1.1V電源）。進而驗證了3.3V倒灌1.8V的結(jié)論。（實驗過程中，只將V23，V3換為S9013,則1.8V的波形仍然不正確；只將V23，V2換為S9013，則1.8V波形正確。這一現(xiàn)象也驗證了3.3V倒灌1.8V的結(jié)論）

（5）將V2，V3都換為S9013，再次測量各電源波形。測試結(jié)果如圖7所示。

由圖7知，所有電源啟動時序已經(jīng)正常。（綠色波形為1.1V，黃色波形為1.8V，紅色波形為2.5V，藍色波形為3.3V）。

高電平使能的電源模塊建議用圖8電路進行控制。該電路保證了上電初期電源模塊的使能端可靠為低，而不會被V5.0拉高。

5 總結(jié)

圖8

此次電源啟動時序問題出現(xiàn)的直接原因是同一型號，不同批次的場效應(yīng)管的開啟閾值不一樣。電源時序的紊亂導(dǎo)致電壓倒灌又進一步觸發(fā)3.3V的輸出。此過程像一個正反饋一樣，最終導(dǎo)致時序問題和倒灌問題。當(dāng)集成芯片有電源啟動順序要求，應(yīng)當(dāng)嚴格按照芯片手冊進行上電時序控制設(shè)計，一般遵循內(nèi)核優(yōu)先低壓優(yōu)先的原則，確保電路系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。