電源啟動順序控制不僅能夠解決避免雙載子積體電路在開關機過程中鎖死（Latch-up）效應的問題，同時也成為目前需要多重系統電壓或在輸出入與核心使用不同電壓電路設計中必須考慮的因素，本文將介紹新元件功能，同時提供能夠在開關機過程中達成特定週期的各種不同設計方式。

有許多應用需要在電源的開關過程中控制它的順序，對需要使用雙極電源電壓運作的舊型元件，如DG410開關而言，需要先加上電壓值最高的正電壓、接著是邏輯電壓、然後才是負電壓，如果違反這項規則，那麼可能就會造成半導體內部的鎖死情況。由於外部用來避免鎖死效應的遮蔽二極體可以限制被允許的類比輸入電壓範圍，因此較常見的作法就是控制電源電壓加入以及由晶片移除的順序。

DSP與其它多重電壓的微處理器通常要求輸出入接腳的電壓，必須要比核心電壓更早出現，反之亦然。其它需要順序控制的應用，還包括內含第二個控制器的電路板，如主CPU外的圖形控制器等，為了避免未經控制的輸出出現在圖形顯示器上，CPU必須要在圖形控制器接收到電源前先行運轉，或者離開重置狀態。

簡單的RC方式

控制電源順序的簡單方式是在它們之間的線路上加入連接到地電位或電源的串列電阻與電容來造成延遲效果，此一作法使每條線路只需二顆離散元件，如(圖一)所示，這項技術有其缺點，例如僅可以使用在信號延遲而不適合作為電源延遲之用。

《圖一　在電源上加入RC延遲進行電源順序控制》

延遲的時間依電源的上升時間而定，值得注意的是，採用RC的方式不適合作為與5V主要電源獨立的3.3V電源電壓延遲之用，因為在加入延遲後的3.3V電源還是可能會先到達，而5V電源電壓在這時可能尚未完成啟動，因此並無法避免3.3V的電壓被加到元件上。雖然如此，這個方式還是可以應用在3.3V電壓是從5V電壓取得的情況下，但是還是必須考慮電阻上的功率耗損。另一方面，在關閉電源的過程中，經延遲的電源電壓會比先加上的電源電壓停留在負載上更久的時間。

透過RC、比較器與MOSFET驅動器的電源順序控制

避免其中一電源比另一個更早到達的方法是監測主要電源，以確保它在第二個電源啟動之前先行啟動並到達特定位準，(圖二)為採用這項作法的系統，其中電源穩壓器位於遠端的電源，因此無法取得控制。

《圖二　透過RC、比較器與MOSFET驅動線路的電源順序控制》

Vcc1在Vcc2啟動之前所需到達的位準由比較器負輸入端的參考電壓決定，另一個輸入端上的RC電路組合會為觸發線路加上延遲，其中N通道的MOSFET開關可以確保在電源關閉或Vcc1還未達到特定電壓時不會有電流流經Vcc2。為了能夠完全強化MOSFET開關，加入一個比Vcc2大上數伏特的驅動器產生閘源極電壓（VGS），最簡單的驅動線路是將Vcc2電壓倍增的充電泵（Charge Pump），同時透過比較器經由充電泵的關閉接腳來控制開關的動作。

該作法同時可以確保Vcc2在Vcc1不存在時處於關閉狀態，但時序的控制還是由Vcc1的上升時間來決定，而這可能是設計者無法控制。另一方面，這樣的安排也會造成Vcc2在Vcc1不存在時有短暫時間的出現，主要由RC組合與Vcc1的下降時間決定，此作法另一缺點是至少需要五顆元件才能達成這個功能。

嚐試使用P通道MOSFET來節省MOSFET驅動線路則會帶來以下問題：

第一步的改善

以上的電路可以透過標準的重製晶片升級，以達到使用更少外加元件的效果。如(圖三)所示，可用的選擇包括內含電壓參考、比較器、固定時間延遲、重置功能的MAX809以及臨界點與重置時間皆可調整的MAX6301，其主要的優點是獲得不受電源電壓上升與下降時間影響與精確的可調時序，同時Vcc2也會在Vcc1低於某特定臨界點時立即關閉，因此在Vcc1不存在時Vcc2就永遠不會出現。

《圖三　採用重置晶片、驅動線路與MOSFET的電源順序控制》

採用電源穩壓器的順序控制

許多升壓與降壓穩壓器都包含一個可作為電源順序控制的關閉接腳。首先必須檢查目標元件是否完全關閉，或者輸入電壓是否仍在輸出電壓上出現，如同現有許多升壓穩壓器一樣，透過選用合適的穩壓器，只需在該穩壓器上的關閉輸入上加上一個RC電路就可達成預期順序控制，如(圖四)所示，RC延遲可以確保Vcc1會在Vcc2之前出現，而對上述所提的另一個RC電路來說，Vcc2的延遲時間亦由Vcc1的上升時間控制，因此電源關閉過程中Vcc2的存在時間可能會比Vcc1還長。

《圖四　採用電源穩壓器的RC電源順序控制》

為了達到更佳的可靠度，內建延遲電路的重置晶片可以用來控制電源穩壓器的關閉接腳，如(圖五)所示，該做法優點包括可確定時序行為、可控制電源關閉過程以及確保Vcc2會在Vcc1之前關閉。

《圖五　採用電源穩壓器的重置順序控制》

專用元件

只要幾顆外加元件，MAX6819或MAX6820就可以提供電路板上控制各個不同電源線路啟動順序的簡單方法，除監控主電源電壓外，這些元件還能夠透過外加的N通道MOSFET開關來控制第二個電源電壓的開啟與關閉，如(圖六)所示，此電路的動作和前述改善方法類似卻更簡單，VGS=5.5V的穩壓充電泵MOSFET驅動電路以及所需的電容將都一起整合到該型SOT23包裝元件中。

《圖六　採用MAX6819的電源順序控制》

順序控制電路可以確保MOSFET所需的VGS永遠最低，可以將MOSFET上的耗損降到最低，並得到較低的汲源極阻抗（RDS(ON)）。MAX6819具有當生產時已設定的200ms延遲時間，並會在主電壓超過設定臨界點後與充電泵啟動以推動外部MOSFET開關前發生；MAX6819同時提供有一個可以遮蔽內部線路，並關閉或啟動外部MOSFET開關的啟動（Enable）輸入接腳，而MAX6820則可以讓使用者透過一個小型元件外加電容調整延遲時間，只要有一個電源電壓高於2.125V，不論是Vcc1或Vcc2都可作為主要電源，然後用來啟動第二電源的開關。

由於某些系統需要超過二個以上電源的順序控制，因此MAX6819與MAX6820都支援雛菊鍊鍵（daisy chaining）的連接方式，如(圖七)所示，所有前端的電源開關將會在前端電源尚未達到適合的工作電壓以及相對延遲時間還未結束前，保持關閉狀態。

《圖七　三種不同電壓電源的順序控制》

重置順序控制

假設需要控制的是重置時序而非電源順序，其所需要是一個重置順序控制線路，此需求在主控CPU必須在附屬CPU或背板ASIC前開始運作之情況下產生，所需的順序控制可以透過將二個或多個重置晶片串接方式來達成，例如，包含手動重置輸入（MR， Manual Reset input）的MAX812，當第一個電源電壓啟動，同時第一個重置晶片將重置輸出拉到高電位時，第二個晶片的手動重置輸入被放開，然後內部的計時器開始計時，在延遲時間經過之後，第二個重置輸出就會被放開。

新推出的MAX6391/MAX6392內建順序控制輸出雙電壓uP監控線路單晶片產品除具有相同的功能外，還可以提供額外的彈性，如(圖八)所示，這些SOT23-8元件可以監測包括主要與附屬的二個電源電壓，同時提供二個固定或可調時間的重置輸出，其中兩個重置輸出會在主要電源電壓降到或尚未達到工作電壓時啟動，只要主要重置功能在啟動狀態，那麼附屬重置輸出就無法解除，在電源啟動與關閉過程中，具有順序控制的重置輸出可以確保附屬元件永遠不會在主要元件啟動前運作，附屬元件的臨界電壓與計時時間也可以透過數顆外加元件來加以調整。

結論

電源啟動順序控制並不是一個複雜的功能，但卻能為電源控制帶來更符合不同產品需求的表現，本文提供的是幾個簡易的方法，提供工程師在設計相關電路時，電路佈局與功能需求的參考。

（作者任職於Maxim Integrated Products）

《圖八　採用MAX6391/MAX6392的重置順序控制》