引言：
嵌入式系统行业中使用的现代处理器设计需要以不同的电压供电。除了电压值不同之外，这些电压轨在启动时还必须遵循特定的顺序：处理器内核、相关外设、I/O总线（例如LVDS、I2C、SPI等）以及内存资源。这种顺序设置可以防止启动过程中出现过大的浪涌电流，从而避免损坏敏感的子系统组件。

随着集成度的不断提高，嵌入式系统的更多功能通常被集成到单个片上系统 (SoC) 中，以减少电路板尺寸和物料清单 (BOM) 成本。此类 SoC 需要多条电源轨，每条电源轨都具有相应的电压等级，为其相关引脚供电。那些不专注于 SoC 架构的工程师通常会使用可编程逻辑，而当 FPGA 的尺寸达到一定程度时，工程师将面临类似（在某些情况下甚至更复杂）的电源轨复杂性。这种方法有时需要扩展到其他板载组件，例如分立器件（MOSFET、IGBT 等）、传感器（CMOS 成像器件、磁力计等）或执行器（电机驱动器、LED 驱动器等），这些组件可能需要专用的电源线。.

即使是相对简单的集成系统也可能包含大量的电源轨（超过 10 条的情况并不少见）。必须采取工程措施来确保正确的顺序：一个电源稳压器的输出必须达到足够的电平，其他电压线路的稳压器才会启动。由于时间比电压更容易精确测量，因此基于时间的方法通常更有效，因为它依赖于预期电压轨上的期望值会在预定的时间范围内达到。.

虽然各轨道激活之间的时间间隔通常很短（几毫秒），但有时也会较长（实际上是几秒）。例如，如果系统的某个机电组件（例如加热器）需要在后续系统元件激活之前达到最佳温度，或者中央处理器需要完成校准程序，则所需时间就会增加，设计工程师必须意识到这一点。.

如果系统中集成的独立电源转换器具有正确的触发引脚和功率输出，工程师可以使用正确的功率信号来确保序列中的下一个转换器仅在前一个电源轨达到足以触发该信号的值时才会开启。如果一个或多个转换器缺少触发输入，工程师可以使用开启信号驱动与输出串联的 MOSFET 的栅极来实现时序控制。.

在无法获得可靠电源信号的情况下，工程师可能需要额外的电路来辅助供电。这种电路可以对一个电源转换器的输出电压进行采样，从而生成另一个电源转换器的触发信号。电压采样的另一种替代方案是使用时序电路。然而，这两种方法都需要大量的元件，导致物料成本高昂、占用印刷电路板空间较大，并且需要投入额外的工程资源。此外，分立元件方案通常会在系统断电时定义一个反向的时序。因此，工程师可能会发现集成电源时序电路或基于电源管理集成电路（PMIC）的方案比分立元件方案更合适。.

为了便于实现， LM3880 （该元件的功能框图如图 1 所示）作为电源时序控制芯片（器件关机过程与上电过程遵循相同的顺序和时间间隔，但顺序相反）。LM3880 具有三个开漏输出标志（上电开始时保持低电平），能够为多达三个电压轨生成触发信号，并且可以级联两个时序控制芯片以提供六个时序电压轨。该电源管理集成电路 (PMIC) 集成了自身的精密触发输入，该输入连接到一个具有 1.25V 基准电压的内部比较器，使工程师能够配置上电时序，使其在接收到逻辑信号或另一个电压轨达到预设的特定电平时立即启动。可以在触发输入端连接一个电容来引入延迟。
激活成功后，第一个输出标志会在预设延迟后被确认（该延迟在 OEM 生产过程中编程到 EPROM 中）。确认第二个标志位之前会经过相同的时间，确认第三个也是最后一个标志位之前也是如此。系统提供六个预设的定时指示器，延迟时间从 2 毫秒到 120 毫秒不等。

Maxim MAX16029 是一款监控器件，同时提供电容可调的延时功能。它可以使用单个 PMIC 对多达四个电压轨进行时序控制。该制造商还提供其他时序器件，工程师可以通过 PMBus 接口定义同步，从而将多个器件星形连接以处理大量电压轨。.

时序技术集成了多个电源元件，使工程师能够显著降低电路板利用率，并简化系统整体结构。 PMIC TPS65916 集成了五个可配置的降压转换器，为处理器内核以及各种微处理器中的内存和 I/O 池供电。这些转换器支持自适应电压调节，因此能够实现高效节能运行，不会影响系统分配的功率。此外，该 PMIC 还集成了五个低电流关断控制器，以应对低电压或低噪声环境。工程师可以根据需要，通过可编程存储器一次性配置上电和关电顺序。

某些情况下，可能需要更复杂的时序控制流程，这需要考虑额外的电压轨。在这种情况下，上电和断电时序的控制必须更加精细，因为仅使用简单的时序控制器或通用电源管理集成电路 (PMIC) 可能不足以满足需求；此时，可能需要使用微控制器单元 (MCU) 提供的完整编程功能。.

Microchip 著名的 PIC16F1XXX 系列（如图 2 所示）为工程师提供了一种能够管理多个电压轨的电源时序解决方案。其集成的用户可编程固件可用于定义所需的时序。该器件还提供了丰富的选项，用于调整正确的电源标准以及电流上升和下降时间。10 位模数转换器将每个电压轨数字化 16 次，然后计算平均值，以便进行精确的性能评估。MCU 的诊断功能可在电源故障时快速发出警报。.

总结：
正如我们所见，确保电子电路的开机或关机顺序正确至关重要。这可以维持长期运行的完整性，并且不会影响系统可靠性。可用的选项包括基本型时序器、功能丰富的电源管理集成电路 (PMIC) 以及完全可编程的微控制器 (MCU)。鉴于市场上种类繁多的选择，只需评估哪种时序方法最适合主要设计目标（例如，最大化性能、降低物料成本、解决空间限制、最小化系统功耗等），然后采购必要的器件即可。

作者：Mirko Bernacchi， 贸泽电子

 
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