电源排序

Chris Augusta and Martin Murnane

上电注意事项

在印刷电路板上为电路上电通常被认为是理所当然的，并且可能导致损坏以及破坏性和非破坏性闩锁条件。在开始批量生产之前，这些问题可能不会突出，届时设备和设计的公差将受到考验。这是危险的流程后期，而且在时间和项目和产品的交付方面非常昂贵。在此阶段发现的错误会导致大量修改，包括 PCB 布局更改、设计更改和额外的异常。

随着将许多功能块集成到一个集成电路（IC）中的出现，这导致为这些模块提供多个有时相等或在许多情况下不同的电压电源。随着越来越多的片上系统 （SoC） IC 在市场上激增，对特定电源排序和电源管理问题的需求也随之而来。

ADI公司的数据手册中通常有足够的信息来指导设计人员为单个IC确定正确的上电顺序。但是，有些IC特别需要明确定义的上电时序。ADI公司的许多IC都是如此，在使用多个电源的IC中也很常见，例如转换器（由模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）组成）、数字信号处理器（DSP）、音频/视频、射频和许多其他混合信号IC。从本质上讲，任何包含一些带有数字引擎的模拟输入/输出的IC都属于这一类，其中可能需要特定的电源排序。在这些IC上，可能有单独的模拟和数字电源，有些甚至可能有数字输入/输出电源，详见以下各节中讨论的具体示例。

本应用笔记探讨了设计人员在新设计中必须考虑的一些更微妙的电源问题，特别是当IC需要多个不同的电源时。目前一些更常见的电源是：+1.8 V、+2.0 V、+2.5 V、+3.3 V、+5 V、−5 V、+12 V和−12 V。

ADI公司在全球提供10，000多种不同的产品，本应用笔记的范围仅针对少数ADC。但是，这些电源排序考虑因素几乎可以应用于ADI公司的任何混合信号IC。

脉冲星 ADC 示例 — 绝对最大额定值

ADI公司的所有数据手册中均提供绝对最大额定值（AMR）部分。它说明了可以应用于器件引脚或外壳的最大电压、电流或温度，以避免造成损坏。

AD7654 PulSAR 16位ADC是具有三个（或更多）独立电源的混合信号ADC的很好的例子。这些ADC需要数字电源（DVDD）、模拟电源（AVDD）和数字输入/输出电源（OVDD）。由于这些是ADC，因此它们将模拟信号转换为数字代码，因此需要一个模拟内核来处理输入的模拟输入。数字内核为位决策过程和控制逻辑提供动力。I/O内核用于设置数字输出的电平，以与主机逻辑接口（电平转换）。ADC电源的规格可在各相应数据手册的绝对最大额定值部分找到。表1摘自AD7654（修订版B）数据手册的绝对最大额定值部分。

参数	值
模拟输入
INAx， INBx， REFx， INxN， REFGND	AVDD + 0.3 V 至 AGND − 0.3 V
接地电压差
AGND， DGND， OGND	±0.3 V
电源电压
AVDD， DVDD， OVDD	−0.3 V至+7 V
AVDD到DVDD，AVDD到OVDD	±7 V
DVD 到 OVDD	−0.3 V至+7 V
数字输入	−0.3 V 至 DVDD + 0.3 V

请注意，表1中的所有三个电源电压范围为−0.3 V至+7 V，相对于DVDD和OVDD，AVDD可在+7 V至−7 V之间变化。这确认了AVDD是先通电还是DVDD没有限制。AVDD是先通电还是OVDD也没有限制。但是，DVDD和OVDD之间存在限制。由于规范规定 OVDD 的最大电压只能比 DVDD 大 0.3 V，因此 DVDD 必须在 OVDD 之前或同时上电。如果 OVDD 首先上电（例如 5 V），则 DVDD 在上电时将比 OVDD 小 5 V，因此不符合绝对最大额定值并可能损坏设备。

模拟输入INAx，INBx，REFx，INxN，REFGND有一个限制，因为这些输入不能超过AVDD + 0.3 V或AGND − 0.3 V。这表明，如果在AVDD之前存在模拟信号或基准源，则模拟内核极有可能在闭锁状态下上电。这通常是一种非破坏性条件，但通过AVDD的电流很容易上升到正常电流的10×并导致ADC变得非常热。在这种情况下，内部静电放电（ESD）二极管变为正向偏置，进而为模拟电源上电。为纠正此问题，ADC的电源时序与输入和/或基准电压源处于未上电或断开状态。

以类似的方式，数字输入可以是−0.3 V至DVDD + 0.3 V。这说明它们必须小于DVDD + 0.3 V。这表明在上电时，DVDD必须在微处理器/逻辑接口电路之前或同时上电。与前面详述的模拟内核场景类似，这些引脚上的ESD二极管也可能正向偏置，并在未知状态下为数字内核上电。

速度更快的PulSAR ADC，如AD7621、AD7622、AD7623、AD7641和AD7643，是该系列中较新的器件，采用2.5 V的较低电压电源（而AD5为7654 V）。 对于AD7621和AD7623，这些器件具有明确规定的上电时序。表2摘自AD7621（Rev.0）数据手册的绝对最大额定值部分。

参数	额定值
模拟输入/输出
IN+， IN−， REF， REFBUFIN， TEMP， INGND， REFGND to AGND	AVDD + 0.3 V 至 AGND − 0.3 V
接地电压差
AGND， DGND， OGND	±0.3 V
电源电压
AVDD， DVDD	–0.3 V 至 +2.7 V
奥夫德	–0.3 V 至 +3.8 V
AVDD到DVDD	±2.8 V
AVDD到OVDD	+2.8 V至−3.8 V
OVDD 到 DVDD	≤ +0.3 V（如果 DVDD < 2.3 V
数字输入	−0.3 V至+5.5 V

同样，OVDD在DVDD方面存在限制。绝对最大额定值规定，OVDD 必须小于或等于比 DVDD 高 0.3 V，而 DVDD 必须小于 2.3 V。一旦DVDD在上电期间达到2.3 V，该限制将不再适用。如果不遵守此限制，AD7621（和AD7623）可能会损坏（见图1）。

图1.可能的上电/关断时序—AD7621

因此，可能的通用通电顺序如下：AVDD，DVDD，OVDD，V裁判.但每个应用程序都是不同的，需要分析。请注意，关闭设备电源也与打开设备电源同样重要。不要忘记相同的规格适用。AD7621的经典上电/关断时序如图1所示。

如前所述，模拟输入和基准电压源的情况与这些ADC相同。向任何模拟输入引脚施加电压都可能导致ESD二极管正向偏置，从而使模拟内核处于未知状态。

这些ADC的数字输入和输出略有不同，因为这些器件应适应5 V数字输入。这些是AD7654的更快迁移，数字输入和输出都与OVDD电源有关，因为这可以容纳更高的3.3 V电压。 请注意，数字输入限制限制为5.5 V，而AD0中的DVDD + 3.7654 V。

Σ-Δ型ADC示例

AD7794 Σ-Δ型24位ADC是另一个很好的例子。表3摘自AD7794（Rev.D）数据手册的绝对最大额定值部分。

参数	额定值
影音DD到接地	−0.3 V至+7 V
DVDD到接地	−0.3 V至+7 V
模拟输入电压至接地	−0.3 V至AVDD+ 0.3 V
基准输入电压至接地	−0.3 V至AVDD+ 0.3 V
数字输入电压至接地	−0.3 V至DVDD+ 0.3 V
数字输出电压至接地	−0.3 V至DVDD+ 0.3 V

这里出现的问题是关于基准电压的。它必须小于 AVDD+ 0.3 V.因此，AVDD必须在基准电压之前或同时上电。

电源排序器

ADI公司提供种类更广的器件，用于正确排序电源。通常，当第一个稳压器的输出电压达到预设阈值时，它们工作，并且在使能后续稳压器上电之前出现时间延迟。断电期间也会发生类似的过程。它们还可用于对电源良好信号等逻辑信号进行排序，这些信号可能会对设备或微处理器进行复位，或者简单地指示所有电源都有效。ADI公司的电源时序控制器可在 http://www.analog.com/sequence 找到。

建议

如今，大多数具有高速和低功耗要求的电路都需要PCB上的多个电源，例如+1.8 V、+2.0 V、+2.5 V、+3.3 V、+5 V、−5 V、+12 V和−12 V。需要正确可靠的上电和关断顺序，并且必须进行彻底分析。离散地执行此操作变得越来越困难。电源时序控制IC是电源时序的解决方案，其中代码更改可以更改序列的顺序，而不是PCB上的布局更改。

审核编辑：郭婷