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硬件设计:电流倒灌解决方案

EDN电子技术设计  · 公众号  ·  · 2024-12-13 08:00

正文

在电子设备的设计与维护中,IO电流倒灌是一个需要特别关注的问题。为了防止这一现象的发生,我们可以采取以下措施:
  1. 在电源和信号线之间添加适当的保护电路或保护器,以确保电流不会流向错误的方向。
  2. 正确地设计和配置电路,也可以减少IO电流倒灌的风险。
  3. 在电子设备中,使用适当的电阻、电容、二极管等元件来配置电路,以防止电流倒灌。

案例分析
案例1: 底板外设先于核心板上电,IO电流倒灌到SOC芯片内部
解决这样的电流倒灌,需要注意研究核心板电源供电电路的资料。以ZLG的M3568核心板为例,核心板提供了一个PWR_OK引脚,核心板上电完成后,该引脚输出高电平。用PWR_OK引脚来控制使能二级电源,则可以规避IO电流倒灌问题。

图1为电源系统二级电源,使用SOC配套的PMU输出的PWR_OK来使能二级电源,符合上电时序要求。M3568核心板完成启动配置时间大概为200ms,PWR_OK也大概是在5V供电后的200ms会起来,可以保证核心板上电完毕后底板其他电源再上电。

图1 二级电源

案例2:底板控制电路或芯片通过外设上拉电路拉高核心板管脚,上拉电源域比SOC对应的GPIO的供电电源域先上电,产生IO电流倒灌

如图2所示,SOC的GPIO通过上拉电阻上拉到底板电源域,如果底板电源域比SOC对应的GPIO的供电电源域先上电,则会发生倒灌,长期可能引起SOC工作异常,甚至可能进一步导致底板电源无法关闭。所以在需要使用按键控制设备开关机时,必须严格控制底板电源的关断控制。
图2 底板电源和SOC
解决这样的问题,可参考Coral3568核心板的底板电源电路设计。该核心板带PWRON和PWROK两个引脚,可支持开关机按键电源设计(短按开机,长按关机)。
电路如图3所示,将PWRON信号和PWROK信号通过二极管相连,PWROK信号连正极,PWRON信号连负极,这样按键按下时PWRON信号可以拉低PWROK,关闭底板电源。另外通过该按键关机后,核心板5V需保持上电状态,如果需要关闭底板的5V外设电源,则需将上述两者分为两个电源域。

图3 带开关机电源设计

案例3:接口电路设计不合理产生IO电流倒灌

在电路设计中,会碰到处理器IO电平与模块IO的电平不相同的问题。为保证正常通信,需要进行电平转换。若直接相连,像TTL电平就会出现电流倒灌现象。电平转换要求:

  • VOH ≥ VIH,VOL ≤ VIL;

  • 对于多电源系统,某些器件不允许输入电平超过电源电压,针对有类似要求的芯片,注意电路做适当保护;

  • 电平转换影响通信速度。

HDMI 的I2C采用的是5V电平标准,而通常板载的I2C是3.3V或1.8V电平标准。M3568评估底板HDMI设计NMOS电平转换,如图4所示。

图4 M3568评估底板HDMI设计NMOS电平转换电路






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