TMS320C6748网关板上电时序问题分析

文/钱臣 吴春鲜

数字信号处理器芯片公司德州仪器旗下的DSP已经在网络通信、轨道交通、医疗设备、自动化控制多领域的有着广泛的应用，高集成度同时伴随着单颗处理器芯片的电源种类也变得越来越多，电路系统设计的规模越来越复杂，整板的电源种类也是随之增加，相互间的上电时序问题就显得越来越需要电路设计者引起重视。

1 产品及DSP简介

1.1 产品简介

网关板是在网络交换中，其作为信任服务设施重要组成部分，实现局域网业务的可控跨域互通和资源安全共享。器件TMS320C6748在本设计中起到网络节点管理以及用户身份签名认证，以及提供用户人机交互的功能。

1.2 DSP简介

TMS320C6748是一款主频300MHZ，最高可以超频到450Mhz的DSP芯片，内核工作电压1.2V。拥有DDR2内存接口，工作电压1.8V。外部程序启动接口，工作电压3.3V。USB接口及百兆MAC，工作电压5V和2.5V。

2 问题背景

网关板按下电源开关，部分设备不能正常启动，DSP芯片发热量特别大，测试过程中发现芯片表面温度高达50多度。部分设备启动正常电压正常。初样电路采用的时序控制电路如图1所示。

3 问题描述

网管板的各个电源电压均正常，但电源的上电时序有问题。要求的上电时序为：12V→5V→1.1V,1.2V→1.8V→2.5V,3.3V。实测时序为：12V→5V→1.8V,2.5V,3.3V →1.1V,1.2V，上电时序如图2所示。

4 问题分析

（1）由于各电源电压都是准确的，所以考虑电源芯片应该没问题，主要怀疑电源芯片的时序控制问题。理想情况下应该是1.8V控制2.5V和3.3V，所以首先对1.8V的时序控制电路进行了测试。测量V23的1管脚和3管脚波形，及1.8V和1.1V电源波形如图3所示。

由图3知，在上电初期，由于V23的1管脚电压（3号波形）低于V23的开启电压（大概为2V），所以V23的3管脚电压（1号波形）被5V电源上拉至2V左右。V23的3脚是接到1.8V电源芯片BL3406的使能端的，而BL3406的使能端电压高于1.5V时，芯片开始正常输出，所以V23的3管脚被拉到2V左右会导致1.8V电压（2号波形）正常输出。随着5V电压的上升，V23的1管脚电压也进一步上升，最终大于V23的开启电压，从而导致V23的3管脚被拉到地。V23的3脚拉到地后，1.8V电源转换芯片BL3406的输出使能无效，1.8V电压开始下降。当1.1V电压（4号波形）达到0.8V左右时，V22导通，V23截止，V23的3脚重新被拉高，1.8V开始正常输出。

根据以上现象初步怀疑是V23的开启电压偏高导致上电时序出错。

网关板v2.0版本中测试V23的开启电压实测为1.9V左右（高于电源芯片BL3406的使能有效电压1.5V）。而网关板v1.0中，同样的型号的V23的开启电压为1.2V（低于电源芯片BL3406的使能有效电压1.5V），所以v1.0中没有发现上电时序问题。

（2）将V23换为S9013（开启电压只有0.8V左右），然后进行测试。测试结果如图4所示。

由图4知，1.8V电压（2号波形）仍然不正确。（3号波形为1.1V电压，1号波形为3.3V电压）。

（3）将1.8V电压转换芯片输出端的电感取掉，使1.8V电源平面无输入电压，再次测量电压波形。测量结果如图5所示。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

由图5知，上电初期，1.8V电源（3号波形）平面在无输入的情况下仍然有1.3V左右的电压，所以怀疑是电压倒灌。由于1.8V电压只在DSP芯片处与1.2V和3.3V电源有交集，而实测的1.2V电源是明显晚于1.8V电源启动，所以怀疑是3.3V电源通过DSP倒灌1.8V电源。

（4）将1.8V电压转换芯片输出端的电感重新焊上，将3.3V电压转换芯片输出端的电感取掉（相当于3.3V电源平面无输入），再次测量电压波形。测量结果如图6所示（此时V23已经换为S9013）。

由图6知，1.8V电源（2号波形）启动已经正常。（1号波形为2.5V电源，3号波形为1.1V电源）。进而验证了3.3V倒灌1.8V的结论。（实验过程中，只将V23，V3换为S9013,则1.8V的波形仍然不正确；只将V23，V2换为S9013，则1.8V波形正确。这一现象也验证了3.3V倒灌1.8V的结论）

（5）将V2，V3都换为S9013，再次测量各电源波形。测试结果如图7所示。

由图7知，所有电源启动时序已经正常。（绿色波形为1.1V，黄色波形为1.8V，红色波形为2.5V，蓝色波形为3.3V）。

高电平使能的电源模块建议用图8电路进行控制。该电路保证了上电初期电源模块的使能端可靠为低，而不会被V5.0拉高。

5 总结

图8

此次电源启动时序问题出现的直接原因是同一型号，不同批次的场效应管的开启阈值不一样。电源时序的紊乱导致电压倒灌又进一步触发3.3V的输出。此过程像一个正反馈一样，最终导致时序问题和倒灌问题。当集成芯片有电源启动顺序要求，应当严格按照芯片手册进行上电时序控制设计，一般遵循内核优先低压优先的原则，确保电路系统的稳定工作。