Управление запуском и сбросом периферии во встраиваемых системах

Сигнал разрешения, управляемый MCU, может создавать проблему при запуске, даже если соединения на схеме выполнены правильно. GPIO может достичь требуемого логического уровня раньше, чем будут готовы питание управляемого компонента, опорное напряжение или вышестоящая схема. В зависимости от требований устройства к запуску такая последовательность может помешать инициализации или привести к непредусмотренному состоянию. Измерения, выполненные позже, могут показывать корректное питание и активный сигнал разрешения, при этом переходный процесс, вызвавший отказ, останется незамеченным.

Процессоры смешанных сигналов позволяют проверять команду MCU перед передачей на вход разрешения компонента. Вместо прямой отправки переключения сигнала разрешения на периферийное устройство процессор смешанных сигналов может выполнять надзорную функцию, определяя, следует ли передавать сигнал разрешения на соответствующий вывод. Хотя это можно реализовать с помощью дискретной логики и аналогового фронтенда, процессор смешанных сигналов позволяет объединить эти компоненты в одном корпусе.

Как контролировать временные параметры сигнала разрешения

Обеспечение переключения выводов разрешения на периферийных устройствах в правильном временном окне может включать несколько возможных решений, каждое из которых требует разного уровня логической обработки и не всегда доступно в каждом хост-контроллере:

1. Задержать переключение сигнала разрешения с помощью буфера на фиксированный интервал времени
2. Задержать переключение сигнала разрешения с помощью буфера на фиксированное число тактовых циклов
3. Контролировать необходимые линии питания, чтобы убедиться в установлении режимов, а затем передать переключение сигнала разрешения
4. Контролировать какой-либо другой сигнал, чтобы убедиться в достижении нужной амплитуды или состояния, а затем передать переключение сигнала разрешения

Как правило, в документации на управляемое периферийное устройство задается взаимосвязь между питанием и временными параметрами enable/reset. Однако другие факторы, которые могут повлиять на тайминг (другие сигналы, установление питания и т. д.), часто непредсказуемы, поскольку требуют контроля другой схемы, поэтому невозможно обобщить подход к выбору времени для сигналов разрешения.

Фиксированные задержки

В большинстве случаев вариант 1 применяется, когда требуется контроль питания, и для гарантии установления питания может задаваться очень большая задержка. Вариант 2 иногда оказывается непрактичным, поскольку требует, чтобы MCU формировал последовательность импульсов, синхронизированную с внутренним тактовым сигналом, и при этом использовал дополнительный вывод GPIO.

Фиксированную задержку лучше всего использовать, когда соответствующее время запуска имеет верхнюю границу и практически не отклоняется от этого значения. При этом важно, от какого события отсчитывается задержка: задержка от активации регулятора охватывает иной интервал, чем задержка от пересечения порога напряжения. Когда длительность запуска меняется, например из-за непредсказуемых переходных процессов при старте, надзорное решение с активным контролем питания или сигнала обеспечивает более высокую надежность для каждого события переключения вывода разрешения.

GP-enable1A.png

GP-enable1B.png

Супервизоры

Варианты 3 и 4 по сути предполагают одно и то же решение: контролировать либо питание, либо какой-либо другой сигнал (или и то и другое) и с помощью цифровой логики определять подходящий момент для переключения вывода разрешения.

Подход с супервизором подходит в тех случаях, когда готовность зависит от условий, меняющихся от запуска к запуску, включая нарастание питания, установление опорного напряжения или активность вышестоящей схемы. Контроль напряжения и/или сигнальные входы позволяют привязать тайминг сигнала разрешения к любым логическим условиям. Например, и линия питания, и другой управляющий сигнал (цифровой или аналоговый) могут использоваться как условия для переключения вывода разрешения. Этот пример показывает ситуацию, когда перед включением периферийного устройства должны одновременно выполняться несколько предварительных условий.

GP-enable2.png

Простые решения супервизора для выводов разрешения

Простой супервизор преобразует измеренную готовность в логическое условие, которое подтверждает команду MCU. Для контроля питания компаратор отслеживает деленное напряжение питания относительно опорного, либо микросхема супервизора формирует индикацию power-good. Порог выбирается с учетом погрешностей измерения и минимально допустимого напряжения питания периферийного устройства. Затем запрос MCU и индикация готовности поступают на логику, управляющую выходным сигналом разрешения. Полярность выхода и совместимость по напряжению определяют, как именно логика управляет периферийным устройством.

Контроль сигнала строится по той же схеме. Аналоговый компаратор может обнаруживать достижение опорным или смещающим напряжением допустимого уровня, а два компаратора могут задавать окно напряжений. Цифровые сигналы состояния могут указывать, что вышестоящая схема завершила инициализацию. Объединение этих условий позволяет использовать готовность питания и сигнала для подтверждения одного и того же запроса на разрешение, при условии что каждое предварительное условие может стать истинным, пока периферийное устройство отключено.

Насколько стабильно будет реагировать супервизор, определяется несколькими особенностями схемы:

• Гистерезис компаратора ограничивает повторные переключения вблизи порога.
• Задержка подтверждения отсекает слишком кратковременные сигналы готовности.
• Определенные состояния запуска и отказа задают поведение сигнала разрешения во время сбросов или при потере готовности.

Интервал установления начинается, когда запрос MCU и все контролируемые предварительные условия становятся истинными. Потеря готовности сбрасывает подтверждение, поэтому перед активацией требуется полностью новый интервал. Такое поведение предотвращает учет времени, проведенного ниже порога напряжения, как времени установления. Вышестоящий сигнал power-good все равно может требовать дополнительной задержки, если он активируется раньше, чем достигается необходимый момент установления для периферийного устройства.

Небольшой процессор смешанных сигналов может объединить компараторы, временные блоки и логику, используемые в этих надзорных схемах. Устройства с подходящими ресурсами могут контролировать аналоговые сигналы, цифровые сигналы состояния и линии питания в пределах одного корпуса. Доступные компараторы, таймеры и выходные ресурсы определяют емкость по каналам. Несколько надзорных интерфейсов могут использовать один и тот же корпус, сохраняя при этом отдельные условия подтверждения и независимо переключая несколько выводов разрешения, что уменьшает объем дискретной обвязки вокруг MCU.

Используйте GreenPAK для проектирования и проверки временных параметров сигнала разрешения

GreenPAK может объединить цепи контроля, логики и тайминга, которые подтверждают команды MCU до того, как они попадут на выводы разрешения периферийных устройств. Контроль питания, обнаружение аналоговых порогов и цифровые входы готовности могут использовать одно устройство. Для нескольких выходов разрешения можно задать отдельные условия подтверждения, позволяя каждому периферийному устройству запускаться тогда, когда выполнены именно его предварительные условия.

Встроенные компараторы обнаруживают аналоговые условия, а настраиваемые LUT, триггеры и счетчики определяют, когда следует активировать сброс, включить схему или вывести хост из спящего режима. Эти аппаратные функции могут работать без отдельного цикла управления в прошивке, позволяя процессору оставаться в спящем режиме до тех пор, пока квалифицированное событие не потребует его внимания.

Пакет разработки Go Configure позволяет инженерам настраивать пороги компараторов, логику подтверждения, задержки и поведение выходов. Средства моделирования и аппаратные платформы разработки помогают оценить получающуюся последовательность, включая преждевременные запросы и прерывание процесса установления. Выбор устройства зависит от аналоговых ресурсов, временных блоков и количества выводов, необходимых для каждого независимо управляемого выхода разрешения.

Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с компонентами GreenPAK и эталонными примерами.

• Подробнее о компонентах GreenPAK
• Посмотреть примеры супервизоров GreenPAK

Независимо от того, разрабатываете ли вы надежную силовую электронику или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций для проектирования печатных плат и CAD-инструменты мирового уровня, предлагаемые Altium, чтобы реализовать свои решения на базе GreenPAK. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных продуктов, включающую лучшие в отрасли инструменты проектирования печатных плат и возможности междисциплинарного взаимодействия для передовых проектных команд. Свяжитесь со специалистом Altium уже сегодня!