【導讀】嵌入式硬件設計將成為21世紀微電子的核心技術的系統級芯片(SoC)設計中的三大關鍵技術與相互融合的一些研究領域做了詳細的闡述,并對SoC設計面臨的挑戰以及發展趨勢進行了展望。
嵌入式硬件設計將成為21世紀微電子的核心技術的系統級芯片(SoC)設計中的三大關鍵技術與相互融合的一些研究領域做了詳細的闡述,并對SoC設計面臨的挑戰以及發展趨勢進行了展望。
某電機控制板帶有動力回收的功能，在沒有助力電池時，電機的轉動也可以繼續為控制板供電。而電機的不均勻轉動會產生快速波動的電壓，從而導致電源芯片輸出極不穩定的電壓，使得后級設備在極短的時間內頻繁的上下電，導致板子上的藍牙模塊頻繁丟失固件甚至燒壞，降低了產品性能。后來通過調整電源芯片EN引腳的相關配置，完美解決了該問題。想知道對EN做了什么“手腳”嗎?小小的EN還蘊含著什么樣的大智慧呢?
一、概述
EN即Enable，即“使能”的意思，不同的芯片的叫法也有所不同，如EA、RUN等。而它們的功能基本是一樣的，即只有該引腳激活時，芯片或模塊才能正常的輸出。針對這一功能，我們可以添加一些簡單的外圍電路來實現穩定芯片或者輸出上電排序的功能。一些較高級的電源芯片的EN引腳通常還帶有滯回的特性。
二、應用技巧
1.巧用分壓電阻，實現電源芯片的穩定輸出
對于電源芯片，我們通常使用分壓電阻將EN信號接到電源的輸入引腳上，來防止EN端的電壓超過它的耐壓值。而在滿足耐壓值得條件下，還要將EN腳的電壓設定在“合適”的范圍。
例如文章一開始提到的，某電機控制板的24V電源在給電機供電的同時也通過DC/DC:MP2451輸出12V給其他電路供電。在沒有助力電池時，電機發電為控制板供電，而電機的轉動并非是勻速的，產生了波動較大的電壓，如下圖1所示，黃色線為電機反向發電電壓，綠色則為MP2451輸出的電壓。
圖1電機發電曲線和DCDC的輸出曲線
由上圖1可以看出，電機的發電電壓(DC/DC的輸入電壓)VIN大概在6.2V時候就使能了DC/DC輸出，此時輸入電壓小于設定的12V輸出電壓，使得DC/DC內部的MOS管由于輸出反饋的作用一直在快速的導通和關閉，形成了一個噪聲包絡隨著輸入波動的、不穩定的輸出電壓。當電機的發電電壓大于12V時，DC/DC才輸出了平穩的12V電壓。
這是因為電路中的分壓電阻網絡設置不當，在輸入電壓很低的時候就達到了EN的閾值電壓，導致過早使能電源芯片輸出。這就是設計過程中只考慮了將電源芯片的EN引腳電壓設置在耐壓值以下，而未考慮將EN腳的分壓網絡設定在“合適”的范圍的例子。
那么EN腳的分壓網絡設定在什么位置比較合適呢?
圖2EN使能輸出曲線
l如曲線①所示，輸入電壓較低時就達到了VEN的使能閾值，使能芯片輸出，此時輸出受到輸入波動的影響且上電緩慢，影響了后級電路的工作穩定性;
l如曲線②所示，輸入電壓VIN上升到70%~80%的時候，VEN才到達使能閾值，此時芯片輸出摒除了輸入電源的不穩定階段，上電迅速，輸出平穩，減小了輸入電壓波動的影響;
l同時預留了20%~30%的余量避免了輸入電源波動導致輸出關閉的問題;
l由此可知將電源芯片的EN閾值電壓通過分壓網絡設定在70%~80%×VIN是較為合理的，EN閾值可以通過芯片手冊查得。如下圖3所示，根據已知的EN閾值和輸入電壓即可求得合適的分壓電阻比例。
圖3根據已知的EN閾值分配網絡電阻
圖4是調整EN引腳的分壓電阻阻值后的輸出波形，輸出的電壓波動得到了明顯的改善。再繼續調整分壓電阻阻值，就可以得到更加平穩的輸出波形，此方法簡單有效的解決了前面提到的輸出不穩定的問題。
圖4調整分壓電阻后的電壓波形
由此可見，小小的EN引腳，設置不當也會引起不小的麻煩，因此在滿足EN耐壓值的件下，根據實際情況將EN的輸入電壓穩定在“合適”的范圍之內，也是非常重要的。這個小小的使用技巧，您學會了嗎?
2.巧用EN功能，實現上電時序
電路設計中，芯片或模塊往往需要多種工作電源，同時對這些電源的上電順序也提出了相應的要求。若沒有滿足這些上電時序的要求可能導致總線沖突、器件閂鎖等故障。例如某系統上的工作電源有VCC_Core、VCC_DDR、VCC_DIO三種電源，通過分立的電源芯片控制。此時可以通過調整電源芯片EN引腳的RC回路來控制上電時序，即圖中的R1和C1。
圖5 RC延時電路
RC時間常數大的也必定產生動作延遲，即后開始工作，改變不同的參數得到不同的延時時間，從而控制分立電源芯片的上電時序。此法還可以滿足用一個EN信號控制多個電源芯片的使用需求。
需要注意的是RC中的電阻也不能過大，要滿足EN引腳所需的電流需求。如下圖所示為某電源芯片手冊中EN輸入電流條件。
圖6 EN腳輸入電流舉例
三、總結
通過對EN的控制，可以實現相應的功能，包括合理設置EN的靜態工作點，既可以避免在電源電壓不穩定階段開啟芯片電源供電，又能避免在正常工作時，電源電壓波動引起系統意外掉電。通過對EN的邏輯時序控制，可以實現多路電源上電時序的控制。
此外，在EN端加上適當的控制電路，可以放大EN的滯回電壓。這一點對于電池供電的系統，在電池接近耗盡的時候，可以避免電路循環重復上下電。
由此可見，這看似簡簡單單的EN引腳，使用時也是需要多加注意的。通過本文的介紹，您是不是也覺得這小小EN，蘊含大大的智慧呢?
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