电路系统中的闩锁效应及其预防设计
1 易产生闩锁效应的电路系统
随着越来越多地对监控应用系统的低功耗要求,多核模式设计已成为首选,如图1所示。当系统正常工作时,所有系统的电源都接通,处于全速运行状态;当系统进入低功耗待机时,则关断若干个功耗较大的模块,仅保留较低功耗的实时监测模块上电正常运行。图1中,接口电路可以是总线并联的,也可以是相互独立的接口。这种架构的应用系统,既保障了监控对象的全天候监控状态,又能及时响应外部突发事件,随时切换到正常工作状态,从而实现低功耗运行,特别能满足许多能源紧张、无人职守的应用场合。
在图1所示的应用系统中,电源方案自然地采用多级电源独立供电,不同的集成电路器件由不同的电源供电。此时,由于多级电源供电,所有的器件并不是一起上、下电,就极易出现满足闩锁效应的几个条件,从而导致系统中的CMOS集成电路器件进入闩锁状态,降低系统的可靠性,甚至使系统无法正常工作。
2 闩锁效应的预防设计
2.1 严格的上电时序
从以上叙述可知,触发电路闩锁效应的一个重要因素是器件I/O管脚电压超过器件的供电电压或低于地电压。因此,在具体应用时,应严格注意各模块之间的接口电路和电源的上电时序,如图2所示,严格避免上述情形出现。
在t0时刻前,系统处于低功耗模式,实时监测模块控制电源(n),使应用模块(n)处于断电状态,接口电路(n)处于低电平或被设置为高阻态模式,通常以高阻态为宜。
在t0时刻,实时监测模块将控制应用模块(n)上电,使其正常工作。此时,先控制电源(n)上电,延时到t1时刻,t1时刻后,设置接口电路(n)进入输入/输出模式,两个模块之间开始正常数据通信。
在t2时刻,实时监测模块需控制应用模块(n)断电,进入低功耗模式。首先将接口电路设置为高阻态模式,然后到t3时刻之后,控制(n)输出控制电源(n)断电的电平信号,将应用模块(n)断电。对于此类存在多电源的应用系统,必须控制各电源的建立和稳定时间,保证低电压的建立要早于高电压,只有各电源之间有基本固定的上电时间关系,才能有效地降低发生闩锁效应的概率。
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