北京交通大学：《电路分析》课程教学资源（讲义）07 处理器芯片供电顺序控制电路

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组w.y处理器芯片供电顺序控制电路背景现代的数字处理器芯片具有复杂的结构，其中不同的内部电路往往需要各自不同的供电电源电压。例如，智能手机内部的的嵌入式处理器，为了提高运算速度和降低功耗，其核心运算电路采用比较低的电压，例如1.2V。而外围接口电路，例如USB接口，SD卡接口，往往需要不同的工作电压，例如3.3V。因此，经常需要专门的供电芯片和控制电路来为这些复杂芯片提供稳定的工作电压，并且为处理器提供恰当的上电、调电、休眠和唤醒等服务。同时，对于一个功能复杂的处理器芯片，不仅需要多个不同的电源电压供电，这些供电电源的上电和调电顺序也都有严格的时序要求，否则可能引起芯片工作不稳定基至损坏。例如，某个视频处理器芯片需要3种不同供电电压：1.35V，1.8V和3.3V，用专门的电源芯片可以从5V供电电压得到这三种工作电压，如下图所示。5V1.35V1.8VSYS_EN3.3V处理器芯片供电控制电路RST处理器要求其输入三种供电电压建立的时序如下图所示。18-Jan-1215:58:37SYS_EN-10V/div5V1B8DCDC-1V/div1.35V1ms1.00V1.8V3.3VLmsLD02-1V/div1.08VTm1.00VLDO1-1V/divBWLtime-1ms/divmsDCUOC1DC1V2DC8.30VVDC-

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 处理器芯片供电顺序控制电路 一．背景 现代的数字处理器芯片具有复杂的结构，其中不同的内部电路往往需要各自不同的供电 电源电压。例如，智能手机内部的的嵌入式处理器，为了提高运算速度和降低功耗，其核心 运算电路采用比较低的电压，例如 1.2V。而外围接口电路，例如 USB 接口，SD 卡接口， 往往需要不同的工作电压，例如 3.3V。因此，经常需要专门的供电芯片和控制电路来为这 些复杂芯片提供稳定的工作电压，并且为处理器提供恰当的上电、调电、休眠和唤醒等服务。 同时，对于一个功能复杂的处理器芯片，不仅需要多个不同的电源电压供电，这些供电电源 的上电和调电顺序也都有严格的时序要求，否则可能引起芯片工作不稳定甚至损坏。 例如，某个视频处理器芯片需要 3 种不同供电电压：1.35V，1.8V 和 3.3V，用专门的电 源芯片可以从 5V 供电电压得到这三种工作电压，如下图所示。 5V 1.35V 1.8V 3.3V RST SYS_EN 供电控制电路 处理器芯片 处理器要求其输入三种供电电压建立的时序如下图所示。 1

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组w.y图中的波形表示，当外部供电控制电压SYSEN从OV变化为5V之后，供电芯片首先要建立1.35V工作电压的供电：当1.35V电压稳定一定时间后，才能提供1.8V供电：当1.8V电压稳定之后，最后提供3.3V工作电压。类似地，当处理器停止工作时，也必须按照一定的顺序关闭三种工作电源，如下图所示。18-Jan-1216:14:18SYS_EN-10V/divDCDC-1V/div2msLD02-1V/div1.00VLDO1-1V/div2ms1.00V2MS00VBWL2 mstime-2ms/divDC茶021VV.1DC3.1DCV4DC 2.96VVDC茶41图中的波形表示，当外部供电控制电压SYSEN从5V变化为O时表示要关闭处理器，此时必须按照图中的示意，首先关闭3.3V供电，然后在一定时间后关闭1.8V，最后关闭1.35V工作电压。二。问题和要求现假定用RC延时电路实现上述处理器的上电（poweron）和调电（poweroff）顺序控制，控制电路如下图所示。其中：1）SYSEN是供电控制信号，上电时，从OV跳变到5V：调电时，从5V跳变到OV。2）二极管D1一D4在计算时可以看作理想二极管，其两端施加正向电压时近似短路线，施加反向电压时视为开路。3）控制器件N1一N4左面为输入电压，右侧为输出电压。当输入电压1.2V时，输出相应的电压，N1为1.35V，N2输出1.8V，N3输出3.3V，N4输出3.3V。其中，N1-N3输出为供电电压，N4输出电压控制处理器工作，OV时停止工作，3.3V时处理器正常运算。设计和仿真任务：1）分析下图的工作原理，说明其能产生满足上图所示要求的三种供电电压上电和调电顺序。2）要求各电压变化间隔在1-2ms之间，设计电路中R1一R6的电阻值。给出分析和计算。3）用Multisim软件仿真这个供电控制电路。其中需要选择合适的仿真器件实现N1-N42

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 图中的波形表示，当外部供电控制电压 SYS_EN 从 0V 变化为 5V 之后，供电芯片首先 要建立 1.35V 工作电压的供电；当 1.35V 电压稳定一定时间后，才能提供 1.8V 供电；当 1.8V 电压稳定之后，最后提供 3.3V 工作电压。 类似地，当处理器停止工作时，也必须按照一定的顺序关闭三种工作电源，如下图所示。 图中的波形表示，当外部供电控制电压 SYS_EN 从 5V 变化为 0 时表示要关闭处理器， 此时必须按照图中的示意，首先关闭3.3V供电，然后在一定时间后关闭1.8V，最后关闭1.35V 工作电压。 二．问题和要求 现假定用 RC 延时电路实现上述处理器的上电（power on）和调电（power off）顺序控 制，控制电路如下图所示。其中： 1） SYS_EN 是供电控制信号，上电时，从 0V 跳变到 5V；调电时，从 5V 跳变到 0V。 2） 二极管 D1—D4 在计算时可以看作理想二极管，其两端施加正向电压时近似短路线， 施加反向电压时视为开路。 3） 控制器件 N1—N4 左面为输入电压，右侧为输出电压。当输入电压1.2V 时，输出相应的电压，N1 为 1.35V，N2 输出 1.8V，N3 输 出 3.3V，N4 输出 3.3V。其中，N1-N3 输出为供电电压，N4 输出电压控制处理器 工作，0V 时停止工作，3.3V 时处理器正常运算。 设计和仿真任务： 1） 分析下图的工作原理，说明其能产生满足上图所示要求的三种供电电压上电和调电 顺序。 2） 要求各电压变化间隔在 1-2ms 之间，设计电路中 R1—R6 的电阻值。给出分析和计 算。 3） 用 Multisim 软件仿真这个供电控制电路。其中需要选择合适的仿真器件实现 N1-N4 2

北京交通大学电工电子教学基地电路分析教学组w.y控制模块。4）修改电路，使得在上电时，N4的输出电压在3.3V电压建立后1ms-2ms之后变为高电压：掉电时在3.3V变为0V之前1ms-2ms变为低电压。计算并仿真验证。5）电路中的电阻R7有什么作用？其阻值能否随意增大或减小？SYS_EN6本EN1.35·N220RTC11.0μFCVO1.35V>R2D2R4EN1.8N2C2VO1.8V=1.0uF0SR3一R5D3EN3.3N3MC3VO3.3V1.0μF0R6D4EN-RSTN4

北京交通大学 电工电子教学基地 电路分析教学组 w.y. 控制模块。 4） 修改电路，使得在上电时，N4 的输出电压在 3.3V 电压建立后 1ms-2ms 之后变为高 电压；掉电时在 3.3V 变为 0V 之前 1ms-2ms 变为低电压。计算并仿真验证。 5） 电路中的电阻 R7 有什么作用？其阻值能否随意增大或减小？ SYS_EN N1 N2 N3 N4 3