痞子衡嵌入式:i.MXRT1xxx系列GPIO提早供電會影響上電時序導致內部DCDC啟動失敗

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大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT1xxx系列GPIO提早供電會影響上電時序導致內部DCDC啟動失敗。 最近有一個 RW612 產品線的同事在設計一個雙 MCU 系統 Demo 時發現,當 RW612 板卡和 RT1060 板卡通過 UART 對接時,如果 ...



  大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是i.MXRT1xxx系列GPIO提早供電會影響上電時序導致內部DCDC啟動失敗

  最近有一個 RW612 產品線的同事在設計一個雙 MCU 系統 Demo 時發現,當 RW612 板卡和 RT1060 板卡通過 UART 對接時,如果 RW612 板卡提前上電,RT1060 板卡後上電,會導致 RT1060 程式無法正常啟動。這其實是一個 i.MX RT 系列上典型的上電時序問題,今天痞子衡就和大家聊聊這個話題:

  • Note: 本文內容以 i.MXRT1060 為例,但基本也適用其他 i.MXRT1xxx 系列。

一、快速復現問題

  痞子衡同事在用兩塊 MCU 板卡(RW612+RT1060)對接時遇到了問題,想復現這個問題,其實沒有那麼複雜,我們可以用一個USB轉串口模塊(3.3V)代替 RW612 來和 RT1060 的 ROM ISP UART 口連接:

  痞子衡使用得這個USB轉串口模塊 TXD 和 RXD 驅動能力不同,空載電壓測得均是 3.55V,但是和未上電的 RT1060-EVKB 板卡對接時,電壓會有所下降,因此痞子衡測試了不同連接組合下的 RT1060 板卡上電啟動結果:

USB轉串口模塊一直通電 RT1060-EVKB J46未連接 RT1060-EVKB J46連接後
模塊TXD
晶元GPIO_AD_B0_13
模塊RXD
晶元GPIO_AD_B0_12
NVCC_GPIO
NVCC_SD1
NVCC_EMC
NVCC_SD0 DCDC_PSWITCH DCDC_IN VDD_SOC_IN
DCDC_LP
VDD_SOC_IN
DCDC_LP
程式啟動結果
未接 未接 0 0 0 0 0 1.275V 啟動成功
未接 0.83V 0.33V 0 0.33V 0.33V 0 1.275V 啟動成功
2.22V 未接 1.42V 0 1.42V 1.42V 0 0 啟動失敗
2.24V 1.79V 1.46V 0 1.46V 1.46V 0 0 啟動失敗

  從測試結果可以看到,RT1060 程式啟動失敗的主要原因是板卡上電後,VDD_SOC_IN 上沒有電壓(即主晶元內部 DCDC 沒有輸出)。

二、內部DCDC上電時序要求

  在分析啟動失敗問題前,首先需要簡單瞭解下 i.MXRT1xxx 晶元內部的 DCDC 模塊。在一些成本敏感的應用中,首推使用晶元內部 DCDC 供電給內核,因此 DCDC 模塊能否正常啟動決定了內核能否正常運行。

  在恩智浦官網文檔 《i.MX RT Hardware Development Guide for the MIMXRT1050/MIMXRT1060 Processor》 里對上電時序做瞭如下嚴格規定,其中最常發生問題的地方就是有效 DCDC_PSWITCH 和 DCDC_IN 之間至少 1ms 的延時(以 DCDC_IN 穩定在 3V 為時間起點,以 DCDC_PSWITCH 上升到 1.5V 為時間終點),如果不滿足這個 1ms 延時要求,內部 DCDC 模塊則可能會啟動失敗,無法正常輸出電壓給內核(DCDC_LP 腳)。

• The VDD_SNVS_IN supply must be turned on before any other power supply or connected (shorted) with the VDD_HIGH_IN supply.
• If a coin-cell battery is used to power VDD_SNVS_IN, ensure that it is connected before any other supply is switched on.
• An RC delay circuit is recommended for providing the delay between DCDC_IN stable and DCDC_PSWITCH. The total RC delay should be 5-15 ms.
• DCDC_IN must reach a minimum 3.0 V within 0.3 x RC.
• The delay from DCDC_IN stable at 3.0 V min to DCDC_PSWITCH reaching 0.5 x DCDC_IN (1.5 V) must be at least 1 ms.
• The power-up slew rate specification for other power domains is 360 V/s – 36k V/s.
• POR_B must be held low during the entire power up sequence

三、GPIO提早供電的影響

  現在我們查看一下 RT1060-EVKB 原理圖設計,外部電源輸入 DCDC_3V3 負責給 NVCC_GPIO/SD1/EMC 以及 DCDC_IN 供電,同時 DCDC_IN 也經過了一個 RC 延時電路供電給 DCDC_PSWITCH,這是符合硬體設計要求的。

  由於 RT1060 上 GPIO_AD_Bx 和 GPIO_Bx 兩組 PAD 供電均來自於 NVCC_GPIO,當其中任何一個 GPIO 有電壓時,均可能會漏電到 NVCC_GPIO。因此我們提前將 USB 轉串口模塊通過 ROM ISP UART 連到板卡,即會漏電到了 NVCC_GPIO->DCDC_3V3->DCDC_IN->DCDC_PSWITCH,即相當於給 DCDC_PSWITCH 的 RC 電路預充了一定電,等板卡正式上電,RC 電路升壓到 1.5V 的時間就會縮短。這也就是上個小節表格裡為何 DCDC_PSWITCH 預充到 0.33V 時不影響上電時序,而預充到 1.42V 時就不行了,因為延時小於 1ms 了。

  根據 RT1060-EVKB 這樣的電源電路設計,不僅僅 ROM ISP UART 兩個引腳提前上電會影響晶元啟動,屬於 NVCC_GPIO/SD1/EMC 供電下的任何一個 GPIO 提前上電都會產生相同的效果。但是 NVCC_SD0 供電下的 GPIO 則不會影響啟動,因為它在走線上和 DCDC_PSWITCH 之間沒有連接。

四、多板卡連接的解決方案

  現在我們知道了問題產生的原因,以後遇到此類問題,第一時間先去測量 i.MXRT1xxx 內部 DCDC 輸出(DCDC_LP)的電壓(如果為 0,則一定是上電時序問題)。那該如何規避問題呢?以與 RT1060-EVKB 連接為例則有如下三個方法:

  • 方法一: 兩個板卡之間用 UART 信號連接時串上隔離電阻(比如1K歐姆),這樣能降低漏電到 NVCC_GPIO 的電壓(以實測為準)。
  • 方法二: 選用不幹擾 DCDC_PSWITCH 信號的 GPIO 組(對於 RT1060-EVKB,則是 GPIO_SD_B0_xx 引腳)進行連接。
  • 方法三: 將 RT1060-EVKB 板卡,改為外部 PMIC 供電,棄用主晶元內部 DCDC。

  至此,i.MXRT1xxx系列GPIO提早供電會影響上電時序導致內部DCDC啟動失敗便介紹完畢了,掌聲在哪裡~~~

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