張友森

摘 要：隨著數(shù)字大規(guī)模集成電路的發(fā)展，彈載計算機系統(tǒng)的集成度越來越高，功能越來越復雜，模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)通常集成在同一電路系統(tǒng)中，并且采用統(tǒng)一的電源供電，當電源上電的時候，需要一個復位信號來初始化數(shù)字電路中的存儲單元，如數(shù)字寄存器，模擬電路中積分器等，以確保整個芯片進入正常的工作狀態(tài)，此外，芯片工作過程中電源電壓過低時，也需要復位信號來防止芯片工作在不正常狀態(tài)，因此上電復位電路是計算機系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

關(guān)鍵詞：看門狗；RC ；彈載

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.16.128

1 概述

隨著數(shù)字大規(guī)模集成電路的發(fā)展，彈載嵌入式計算機系統(tǒng)的集成度越來越高，功能越來越復雜，模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)通常集成在同一電路系統(tǒng)中，并且采用統(tǒng)一的電源供電，當電源上電的時候，需要一個復位信號來初始化數(shù)字電路中的存儲單元，如數(shù)字寄存器，模擬電路中積分器等，以確保整個芯片進入正常的工作狀態(tài)， 此外，芯片工作過程中電源電壓過低時，也需要復位信號來防止芯片工作在不正常狀態(tài)，因此上電復位電路是計算機系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。

2 復位電路設(shè)計技術(shù)

在彈載嵌入式計算機系統(tǒng)的電源上電過程中，復位電路復位成功后，開啟系統(tǒng)電路正常功能的運行，同時復位電路也起到一種保護的作用，在斷電過程中迅速泄放掉電量，讓系統(tǒng)芯片重新啟動變得可靠。 所以上電復位電路雖然較小，但是在電路啟動的時候是必不可少的。在掉電的時候復位信號會迅速放掉，電源電壓重新上電的時候復位信號重新產(chǎn)生，不受前次上電的動作的干擾，等到電源電壓上升到設(shè)定的數(shù)值再次刺激復位電路產(chǎn)生復位結(jié)束信號，啟動系統(tǒng)電路正常開始工作。

彈載嵌入式計算機系統(tǒng)的可靠性要求非常高，復位電路設(shè)計直接影響系統(tǒng)工作狀態(tài)，所以在系統(tǒng)設(shè)計時，要非常重視復位電路的設(shè)計工作，設(shè)計復位電路時需要考慮以下原則：

（1）復位信號最好是低電平有效，復位結(jié)束后上跳為高電平，并且上跳沿持續(xù)時間盡可能短；

（2）復位信號設(shè)計必須確保信號的穩(wěn)定、可靠，當電源電壓有短暫的浪涌、欠壓時，不能產(chǎn)生復位脈沖，所以要設(shè)計濾波電路，信號在低電平、高電平狀態(tài)下穩(wěn)定；

（3）復位信號的復位時間設(shè)計，必須保障所有系統(tǒng)內(nèi)部電路在上電后，都能夠充分有效復位；

（4）系統(tǒng)內(nèi)的不同子系統(tǒng)間采用同步復位設(shè)計，確保在上電后系統(tǒng)開始工作時，系統(tǒng)內(nèi)的不同子系統(tǒng)都完成復位。

復位電路設(shè)計形式有很多，主要有四種類型：微分型復位電路，積分型復位電路，比較器型復位電路，看門狗型復位電路。

2.1 積分型復位電路

傳統(tǒng)積分型復位電路通常是由兩部分組成，脈沖部分和延時整形部分。上電復位延時電路一般采用的是電容和電阻串聯(lián)，RC 充放電控制復位時間，如圖 1 的A）所示。電源電壓從 0V開始上升，同時通過圖示中的電阻 R 給電容 C 充電，當電容的上極板電壓 A 達到下一級反相器的翻轉(zhuǎn)電平之后，導致反相器翻轉(zhuǎn)，輸出有效的復位信號高電平，復位結(jié)束。復位結(jié)束的時候，電源電壓升到的高度稱為上電復位電路的起拉電壓。

2.2 微分型復位電路

微分電路跟積分電路有著很大的相似度，但是復位跟時間常數(shù)τ跟 VCC的上升時間 T 的大小關(guān)系密切。假如τ< T，那么復位不明顯，假如τ>T，則在 VCC已經(jīng)達到穩(wěn)定值的時候，復位信號才開始釋放，所以后續(xù)電路可以可靠的進行接下來的動作。但是 τ 的大小跟電容 R 和電阻 C 的關(guān)系巨大，因此要消耗較大的面積來得到可靠的復位動作。

2.3 比較器型復位電路

比較器電路的原理就是通過正向電壓與負向電壓之間的比較輸出復位信號，如圖2所示，在電源電壓上電過程中，電源電壓通過RC或者R給正向輸入端和負向輸入端充電，在正向輸入端的電壓低于負向輸入端的時間端內(nèi)，比較器輸出端輸出低電壓，通過級聯(lián)反相器得到復位信號，在正向輸入端的電壓等于或即將超過負向輸入端電壓的時候，比較器輸出端立刻翻轉(zhuǎn)輸出高電平，通過級聯(lián)反相器輸出復位結(jié)束信號。復位時間的大小跟RC的大小有較大關(guān)系。

2.4 看門狗型復位電路

看門狗型復位電路的作用是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者程序跑飛而設(shè)計的計時復位電路，在系統(tǒng)上電和程序開始運行后，計時電路開始自動計數(shù)，程序設(shè)計中有定時對計時電路進行清零的“喂狗”功能，如果程序發(fā)生死循環(huán)或者跑飛，程序中定時對計時電路進行清零的代碼將不會執(zhí)行，造成計時電路的計數(shù)器溢出，啟動看門狗復位電路輸出系統(tǒng)復位脈沖，對系統(tǒng)進行復位。

3 彈載計算機系統(tǒng)復位電路典型故障

由于復位電路在系統(tǒng)工作中的重要性，直接關(guān)系到電路是否可正常完成功能任務(wù)，所以復位電路的可靠性設(shè)計是系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。在實際電路系統(tǒng)設(shè)計時，復位電路經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問題，致使復位信號影響電路正常的啟動和工作，系統(tǒng)出現(xiàn)異常工作狀態(tài)，嚴重時出現(xiàn)導彈發(fā)射任務(wù)失敗的重大事故。

3.1 彈載計算機系統(tǒng)復位電路

某彈載計算機系統(tǒng)的復位電路采用采用積分型電路設(shè)計，RC電路配合相應(yīng)的施密特反相器構(gòu)成，具體如下：

式（2）中：，，；將、值代入式中，得秒，進而得t=236ms。而當電路中加有施密特反向器后，電路中的負載改變，時間t會提前到達施密特反向器的變換反轉(zhuǎn)電壓，用上面同樣的方法對各參數(shù)進行估算并實際測量，電路設(shè)計完成為30～50ms的復位指標。

3.2 故障及分析

復位電路設(shè)計的復位時間參數(shù)小于電路系統(tǒng)工作所需的時間，致使上電后工作時的BIT自檢出現(xiàn)自檢故障，故障的原因是由于接口電路的FPGA配置時間在低溫條件下變長，造成上電后CPU自檢時序不滿足接口芯片自檢時序要求引起的。通過調(diào)整復位電路輸出的復位信號低電平保持時間，大于全溫度條件下接口芯片內(nèi)自檢開始時間，調(diào)整設(shè)計后的復位時間由約為上電后60ms，即可滿足系統(tǒng)要求。

4 結(jié)束語

復位電路設(shè)計是系統(tǒng)電路設(shè)計的簡單設(shè)計，所占工作量比重非常小，不太容易引起工程師的重視，但復位電路的重要性不言而喻，本文所述的復位電路設(shè)計及故障希望可以作為工程設(shè)計人員參考，在進行系統(tǒng)的工程化設(shè)計時考慮實際電路工作情況，選擇合適的復位設(shè)計電路，對設(shè)計的各項參數(shù)進行詳細計算，避免在工程應(yīng)用過程中出現(xiàn)可靠性問題。

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