做硬件這些年被一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)電路坑過(guò)不止一次。最早用分立的三極管加電容搭觸發(fā)器按下開(kāi)、松開(kāi)關(guān)看著簡(jiǎn)單但按鍵抖動(dòng)、上電誤觸發(fā)、關(guān)機(jī)漏電這些問(wèn)題輪著來(lái)改一版板子就折騰一兩個(gè)星期。后來(lái)接觸到專(zhuān)門(mén)的一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片確實(shí)省心很多但市面上可以選的型號(hào)也不少datasheet參數(shù)看著差不多實(shí)際用起來(lái)差異很大。這篇文章就專(zhuān)門(mén)聊聊一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片的選型思路從四個(gè)核心維度拆開(kāi)講最后附一張我常用的器件清單希望能幫你少踩幾個(gè)坑。這篇文章適合正在做便攜設(shè)備、電池供電產(chǎn)品、小家電控制板或者想把機(jī)械開(kāi)關(guān)換成電子開(kāi)關(guān)的工程師參考。也適合剛接觸電源設(shè)計(jì)的同學(xué)把一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片的原理和選型邏輯一次搞明白。1. 一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片到底在解決什么問(wèn)題1.1 從分立方案到集成芯片的演進(jìn)早期做一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)最常用的套路是“觸發(fā)器MOS管”。用CD4013、NE555這類(lèi)邏輯芯片搭一個(gè)RS觸發(fā)器再用MOS管做電源通路開(kāi)關(guān)。按鍵按下去觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)PMOS導(dǎo)通系統(tǒng)上電再按一次觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)PMOS關(guān)斷系統(tǒng)斷電。聽(tīng)起來(lái)不復(fù)雜但實(shí)際調(diào)試起來(lái)問(wèn)題很多。首先是上電瞬間的毛刺。電源剛接通的幾百毫秒里電容充電、邏輯芯片電源爬升這個(gè)過(guò)程中觸發(fā)器輸出狀態(tài)不確定經(jīng)常出現(xiàn)“插上電池就自己開(kāi)機(jī)”的詭異現(xiàn)象。其次是按鍵抖動(dòng)。機(jī)械按鍵按下和釋放的幾十毫秒里觸點(diǎn)會(huì)反復(fù)彈跳觸發(fā)器對(duì)這種邊沿敏感按一次可能翻轉(zhuǎn)兩次表現(xiàn)為開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)不受控。再者是靜態(tài)功耗。邏輯芯片本身的靜態(tài)電流、電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的漏電流在電池供電場(chǎng)景下都是致命的一顆CD4013靜態(tài)就有微安級(jí)電流分壓電阻再漏幾個(gè)微安整機(jī)休眠電流就壓不下去。后來(lái)芯片廠商把“按鍵去抖邏輯鎖存電源驅(qū)動(dòng)”整合到一顆芯片里就變成了一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片。它的引腳通常包括按鍵輸入、系統(tǒng)電源控制輸出、延時(shí)設(shè)置幾個(gè)腳有些還集成了LDO、復(fù)位輸出或看門(mén)狗。用一顆芯片替代了一堆分立器件PCB面積小了可靠性高了功耗也優(yōu)化到微安甚至亞微安級(jí)別。1.2 一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)電路的基本原理理解一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片要抓住一條主線它是一個(gè)“軟鎖存”系統(tǒng)。按鍵信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部去抖后觸發(fā)一個(gè)鎖存狀態(tài)。鎖存器置位時(shí)驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通負(fù)載電源打開(kāi)鎖存器復(fù)位時(shí)驅(qū)動(dòng)管關(guān)斷負(fù)載電源斷開(kāi)。整個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作不依賴外部MCU的運(yùn)行狀態(tài)所以即使系統(tǒng)已經(jīng)關(guān)機(jī)、MCU完全掉電芯片依然在低功耗待機(jī)等待下一次按鍵喚醒。這個(gè)“低功耗待機(jī)”是設(shè)計(jì)的核心要求。便攜設(shè)備對(duì)關(guān)機(jī)電流的期望往往在微安以下所以芯片內(nèi)部必須消耗極小的電流同時(shí)外部電路也不能有額外的漏電路徑。很多芯片會(huì)給出專(zhuān)門(mén)的VBAT待機(jī)電流參數(shù)選型時(shí)要特別關(guān)注這一項(xiàng)。另外芯片在待機(jī)狀態(tài)下必須持續(xù)監(jiān)測(cè)按鍵輸入所以按鍵腳通常通過(guò)一個(gè)高阻內(nèi)部上拉或者下拉電阻接到電源按下去時(shí)產(chǎn)生一個(gè)確定的電平變化這個(gè)電平閾值必須在全電壓范圍內(nèi)都穩(wěn)定可靠。從用戶角度看長(zhǎng)按開(kāi)機(jī)、短按關(guān)機(jī)、或者單擊開(kāi)機(jī)、長(zhǎng)按關(guān)機(jī)這些交互邏輯都由芯片的外圍電阻電容配置或者控制引腳決定。選型的時(shí)候就要想清楚產(chǎn)品需要哪種交互方式因?yàn)椴煌酒С值倪壿嫴煌苷{(diào)的參數(shù)范圍也不一樣。1.3 為什么不能隨便用普通負(fù)載開(kāi)關(guān)代替市面上有一種叫“負(fù)載開(kāi)關(guān)”的芯片內(nèi)部就是一個(gè)MOS管加使能控制看起來(lái)也能通斷電源。但負(fù)載開(kāi)關(guān)和一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片完全是兩類(lèi)器件。負(fù)載開(kāi)關(guān)的EN引腳通常需要外部MCU給出高電平或低電平信號(hào)它自身沒(méi)有按鍵檢測(cè)、沒(méi)有去抖、沒(méi)有鎖存邏輯。如果直接把機(jī)械按鍵接到EN腳上按鍵抖動(dòng)會(huì)直接導(dǎo)致負(fù)載開(kāi)關(guān)頻繁開(kāi)關(guān)而且按鍵一直按住時(shí)MOS管持續(xù)導(dǎo)通松下鍵就立刻關(guān)斷無(wú)法實(shí)現(xiàn)“按一下開(kāi)、再按一下關(guān)”的交替邏輯。所以選型時(shí)的第一原則就是先確定你需要的是“帶邏輯的按鍵控制器”還是“單純的電源開(kāi)關(guān)”。只要產(chǎn)品需要用一個(gè)機(jī)械按鍵去控制整個(gè)系統(tǒng)的通斷就必須選擇帶鎖存邏輯的一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片或者在MCU幾乎不死機(jī)的前提下用MCU引腳配合負(fù)載開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)但MCU方案在關(guān)機(jī)后必須保持待機(jī)電流很多低功耗場(chǎng)景扛不住這樣的損耗。2. 四個(gè)選型維度逐個(gè)拆開(kāi)看2.1 維度一工作電壓范圍與靜態(tài)功耗工作電壓范圍是第一道門(mén)檻它決定了芯片能不能用在你的電源架構(gòu)里。常見(jiàn)的便攜設(shè)備電源有3.3V、3.7V鋰電池、5V USB供電有些工業(yè)設(shè)備是12V或24V。選芯片前先把系統(tǒng)最低工作電壓和最高電壓算清楚。比如鋰電池供電單節(jié)電芯從4.2V放到3.0V如果系統(tǒng)在2.8V時(shí)就要強(qiáng)制關(guān)機(jī)那芯片的最低工作電壓必須低于2.8V否則關(guān)機(jī)動(dòng)作還沒(méi)完成芯片先罷工了。靜態(tài)功耗又要分兩部分看芯片自身的靜態(tài)電流和整個(gè)關(guān)機(jī)系統(tǒng)在待機(jī)狀態(tài)下的總電流。前者是芯片規(guī)格書(shū)直接給出的Iq參數(shù)一顆好的芯片能做到0.5μA到2μA左右后者則取決于你外圍電路怎么設(shè)計(jì)。這里有個(gè)常見(jiàn)的坑為了給按鍵腳提供穩(wěn)定的電平有些工程師在按鍵腳到地之間接了一個(gè)10kΩ的下拉電阻但這個(gè)電阻在關(guān)機(jī)時(shí)會(huì)持續(xù)漏電10kΩ在3V電壓下就是300μA這顆電阻就把芯片省下的功耗全吃回去了。我個(gè)人的做法是在設(shè)計(jì)階段就把關(guān)機(jī)狀態(tài)的每一路電流路徑都列出來(lái)逐項(xiàng)核算。芯片Iq、上拉電阻漏電、按鍵腳ESD保護(hù)二極管的漏電、后級(jí)負(fù)載的殘余通路每一項(xiàng)都要算清楚。如果有分壓電阻必須保留盡量選兆歐級(jí)的大阻值或者用MOS管把電阻在關(guān)機(jī)時(shí)也切斷。靜態(tài)功耗不是只看芯片而是看整條鏈路。2.2 維度二觸發(fā)邏輯、去抖能力與防誤觸不同芯片對(duì)按鍵的處理方式差異很大。有的芯片只支持“按一下翻轉(zhuǎn)一次”的T觸發(fā)邏輯有的支持“長(zhǎng)按開(kāi)機(jī)、短按關(guān)機(jī)”有的還支持“雙擊”和“多鍵組合”。這不是簡(jiǎn)單的功能多少問(wèn)題而是直接影響用戶體驗(yàn)和整機(jī)邏輯架構(gòu)。去抖是更關(guān)鍵的參數(shù)。過(guò)短的消抖時(shí)間——比如小于5ms——會(huì)把機(jī)械按鍵的彈跳誤判成多次觸發(fā)過(guò)長(zhǎng)的消抖時(shí)間——比如大于300ms——又會(huì)讓用戶覺(jué)得按鍵“遲鈍”。合適的消抖窗口通常在30ms到80ms之間?，F(xiàn)在部分芯片允許通過(guò)外部電容去調(diào)整去抖時(shí)間這個(gè)電容的容值選擇也很有講究。我習(xí)慣先看按鍵的機(jī)械規(guī)格書(shū)確認(rèn)它的彈跳時(shí)間一般在什么范圍再留出兩到三倍余量來(lái)定去抖時(shí)間。防誤觸在部分場(chǎng)景下也是硬需求。比如設(shè)備放在包里按鍵被異物長(zhǎng)時(shí)間壓住一個(gè)沒(méi)有長(zhǎng)按保護(hù)邏輯的芯片就會(huì)在松開(kāi)時(shí)誤觸發(fā)開(kāi)機(jī)。有些芯片專(zhuān)門(mén)提供了“按鍵持續(xù)超過(guò)N秒則忽略釋放動(dòng)作”的處理邏輯選型的時(shí)候要留意這一類(lèi)特性。另外要關(guān)注的是按鍵輸入在關(guān)機(jī)狀態(tài)下是否具備一定的抗干擾能力比如快速瞬態(tài)脈沖ESD能否被內(nèi)部濾波吸收。如果芯片按鍵腳沒(méi)有任何濾波機(jī)制你就得自己在外部加阻容濾波和TVS防護(hù)。2.3 維度三驅(qū)動(dòng)能力、負(fù)載類(lèi)型與外圍匹配一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片的“開(kāi)關(guān)”能力通常由內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路決定它一般有兩種形式一是直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)外部的PMOS芯片輸出OUT控制PMOS的柵極二是芯片內(nèi)部集成PMOS引腳直接串聯(lián)在電源通路上。前者的驅(qū)動(dòng)能力取決于OUT引腳能注入或拉出的電流以及驅(qū)動(dòng)電壓范圍后者的最大連續(xù)電流則由芯片封裝和MOS管的導(dǎo)通阻抗決定。選外部PMOS時(shí)需要重點(diǎn)核對(duì)三個(gè)參數(shù)Vgs(th)閾值電壓、最大Vgs耐壓、Rds(on)。如果電池電壓是3.7V那必須選Vgs(th)在0.6V到1.2V之間的低壓MOS管保證芯片輸出高電平或低電平時(shí)能完全導(dǎo)通同時(shí)要確認(rèn)PMOS的Vgs最大額定值比如是不是只有±10V如果系統(tǒng)有12V供電就不能直接驅(qū)動(dòng)這種管子。Rds(on)決定了導(dǎo)通損耗尤其在3.3V低壓大電流場(chǎng)景一顆100mΩ的PMOS過(guò)1A電流就產(chǎn)生100mW功耗這對(duì)電池供電系統(tǒng)是不少的熱量來(lái)源。芯片的驅(qū)動(dòng)輸出形式也要匹配。有些芯片的OUT腳是推挽輸出可以直接驅(qū)動(dòng)PMOS有些則是開(kāi)漏輸出需要外部上拉電阻。開(kāi)漏輸出雖然靈活但上拉電阻的取值會(huì)影響PMOS柵極的開(kāi)關(guān)速度。柵極充電太慢PMOS會(huì)長(zhǎng)時(shí)間工作在線性區(qū)發(fā)熱明顯上升。一個(gè)合理的做法是上拉電阻選10kΩ到100kΩ同時(shí)在PMOS柵源之間并聯(lián)一個(gè)10nF左右的電容既能抑制Vgs上的毛刺又不會(huì)讓開(kāi)關(guān)邊沿慢到不可接受。2.4 維度四附加功能、封裝與量產(chǎn)友好度一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片的附加功能往往是決策的加分項(xiàng)。最常見(jiàn)的附加功能是“復(fù)位輸出”芯片在開(kāi)機(jī)瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)復(fù)位信號(hào)給MCU提供上電復(fù)位時(shí)序。這個(gè)功能可以省掉一顆獨(dú)立的復(fù)位芯片。其次是“關(guān)機(jī)延時(shí)”關(guān)機(jī)后芯片不會(huì)立刻切斷負(fù)載而是保持幾百毫秒到幾秒的延時(shí)這個(gè)特性適合需要把關(guān)鍵數(shù)據(jù)寫(xiě)入Flash或執(zhí)行優(yōu)雅下電流程的系統(tǒng)。封裝方面超低功耗便攜設(shè)備喜歡SOT-23-5、SOT-23-6這類(lèi)小封裝而驅(qū)動(dòng)大電流的芯片則可能是SOP-8甚至DFN。封裝不僅要看面積還要看散熱能力和焊盤(pán)的焊接可靠性DFN封裝的底部焊盤(pán)對(duì)小批量手工焊接不友好如果產(chǎn)品初期是手工返修為主就需要特別謹(jǐn)慎。量產(chǎn)友好度指的是引腳兼容性、供貨穩(wěn)定性和價(jià)格。一顆芯片如果有多個(gè)替代型號(hào)且pin-to-pin兼容會(huì)大大降低采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)。選型階段最好向代理商要兩三個(gè)月的交貨周期和庫(kù)存情況這比性能參數(shù)更實(shí)際。有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)是優(yōu)先選那些在多個(gè)產(chǎn)品線有交叉應(yīng)用的通用型號(hào)而不是某家獨(dú)家的小眾料號(hào)否則一旦缺貨整個(gè)項(xiàng)目就被動(dòng)了。3. 一張清單常用一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)器件對(duì)比與關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算3.1 器件清單與橫向?qū)Ρ纫韵率俏以谑诸^幾個(gè)項(xiàng)目里實(shí)際用過(guò)的方案做一個(gè)橫向?qū)Ρ确奖隳憧焖俳⑦x型清單的概念。方案典型器件工作電壓靜態(tài)電流驅(qū)動(dòng)方式適用場(chǎng)景專(zhuān)用按鍵開(kāi)關(guān)控制器LTC2950/LTC2954系列2.7V~26V6μA級(jí)別推挽輸出驅(qū)動(dòng)PMOS工業(yè)設(shè)備、電池供電系統(tǒng)支持可調(diào)開(kāi)/關(guān)延時(shí)專(zhuān)用按鍵開(kāi)關(guān)控制器MAX160542.5V~5.5V0.7μA級(jí)別開(kāi)漏輸出驅(qū)動(dòng)PMOS便攜設(shè)備、低功耗手持機(jī)支持長(zhǎng)按關(guān)機(jī)邏輯IC搭建CD40133V~15V數(shù)百nA靜態(tài)但需外圍電阻分壓輸出驅(qū)動(dòng)PMOS或NPN成本極低但有抖動(dòng)和上電毛刺風(fēng)險(xiǎn)PMIC集成按鍵控制部分電源管理IC的PWRON引腳按PMIC規(guī)格通常與PMIC整體靜態(tài)電流合并內(nèi)部LDO或DCDC使能帶有PMIC的完整嵌入式系統(tǒng)MCU負(fù)載開(kāi)關(guān)負(fù)載開(kāi)關(guān)芯片如SGM2019類(lèi)按開(kāi)關(guān)芯片規(guī)格負(fù)載開(kāi)關(guān)Iq低但MCU待機(jī)電流大邏輯使能不推薦用于嚴(yán)格關(guān)機(jī)場(chǎng)景適合喚醒式待機(jī)從這個(gè)表格里能看到專(zhuān)用芯片的核心優(yōu)勢(shì)不是在單一參數(shù)上絕對(duì)領(lǐng)先而是在“待機(jī)電流、邏輯可靠性、配置靈活性”三個(gè)維度上取得了平衡。CD4013方案看似靜態(tài)電流很低但它需要穩(wěn)壓器和外圍分壓網(wǎng)絡(luò)整機(jī)待機(jī)功耗不一定低而且調(diào)試坑非常多。PMIC集成的按鍵控制則適合本來(lái)就已經(jīng)在用PMIC的系統(tǒng)能省掉獨(dú)立芯片但對(duì)PMIC選型的限制會(huì)更大。選型時(shí)我的習(xí)慣是先把預(yù)計(jì)的電池容量、關(guān)機(jī)待機(jī)時(shí)間和期望的待機(jī)電流三者聯(lián)列成一個(gè)等式倒推出芯片可接受的最高Iq再在這個(gè)Iq上限內(nèi)去挑選功能最合適的型號(hào)。舉個(gè)例子一塊500mAh的電池要求待機(jī)一年后還有80%以上電量那么待機(jī)電流就必須低于約12μA扣除其他漏電路徑約5μA留給芯片的預(yù)算就只有7μA左右LTC2950這個(gè)6μA級(jí)別處在邊緣MAX16054則余量充足。3.2 關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算示例外部R和C選完型號(hào)后外圍器件的參數(shù)計(jì)算直接決定系統(tǒng)能不能正常工作。這里以一款通過(guò)外部電容設(shè)定去抖時(shí)間的芯片為例計(jì)算按鍵去抖電容和關(guān)機(jī)延時(shí)電容。假設(shè)按鍵按壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生持續(xù)約8ms的機(jī)械抖動(dòng)我們需要去抖窗口覆蓋這個(gè)時(shí)間。芯片規(guī)格書(shū)給出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式t_debounce K × C_ext。假設(shè)該芯片K為500ms/μF要得到50ms的去抖時(shí)間C_ext 50ms / 500ms/μF 0.1μF。這個(gè)電容用X7R或者C0G材質(zhì)的陶瓷電容都行優(yōu)先C0G以減小容值隨電壓的偏移。在實(shí)際布局時(shí)這個(gè)去抖電容必須緊貼芯片的去抖引腳和GND引腳走線越短越好否則引線電感會(huì)和芯片輸入電容形成諧振極端情況下會(huì)惡化按鍵邊沿的完整性。關(guān)機(jī)延時(shí)的計(jì)算邏輯也類(lèi)似。有些芯片通過(guò)一個(gè)RC引腳設(shè)定關(guān)機(jī)延時(shí)公式是t_shutdown R_delay × C_delay × 常數(shù)項(xiàng)。如果希望關(guān)機(jī)后系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行500ms以完成數(shù)據(jù)保存假設(shè)常數(shù)項(xiàng)是0.5選取R_delay 1MΩ則C_delay 500ms / (1MΩ × 0.5) 1μF。這里要注意延時(shí)電容的漏電流要盡量小所以最好選陶瓷電容而非電解電容電解電容的漏電流在微安級(jí)對(duì)于1MΩ電阻上的電壓建立造成明顯誤差。3.3 與電感、TVS等外圍器件的配合一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片雖然本身不是功率級(jí)的DC-DC但它控制的負(fù)載往往是開(kāi)關(guān)電源、傳感器、無(wú)線模塊所以外圍的匹配遠(yuǎn)不止芯片本身。電源上的輸入電感——哪怕只是毫亨級(jí)的磁珠或小電感——會(huì)影響系統(tǒng)上電瞬間的浪涌電流。有些大容量的負(fù)載電容在上電瞬間呈現(xiàn)近似短路狀態(tài)如果芯片驅(qū)動(dòng)的PMOS導(dǎo)通速度太快瞬間電流可能超出PMOS的SOA安全區(qū)域。這種情況下我會(huì)在PMOS的柵極串聯(lián)一個(gè)幾十至幾百歐姆的電阻來(lái)減慢導(dǎo)通邊沿。TVS管的選擇也一樣要圍繞“被保護(hù)的電源軌”來(lái)定。如果系統(tǒng)輸入可能遭受ESD或浪涌那么在按鍵腳和電源輸入端分別加裝TVS能有效保護(hù)芯片。按鍵腳屬于人體直接接觸的節(jié)點(diǎn)ESD風(fēng)險(xiǎn)最高最好選擇鉗位電壓略高于正常工作電壓的TVS比如3.3V系統(tǒng)選5.0V規(guī)格的TVS保證正常信號(hào)不會(huì)被削波同時(shí)能把靜電鉗制在芯片絕對(duì)最大額定值以內(nèi)。TVS的結(jié)電容也要考慮高結(jié)電容會(huì)干擾高速信號(hào)但按鍵是直流低頻信號(hào)所以結(jié)電容的要求不苛刻反而需要更大功率的TVS來(lái)承受反復(fù)插拔的靜電沖擊。4. 實(shí)操中的常見(jiàn)問(wèn)題與排查實(shí)錄4.1 上電瞬間誤開(kāi)機(jī)上電誤觸發(fā)是最常見(jiàn)的問(wèn)題之一?，F(xiàn)象是電池或USB一接上系統(tǒng)就自己開(kāi)機(jī)了哪怕沒(méi)有人按鍵。成因通常是芯片的鎖存器在上電時(shí)狀態(tài)不確定或者按鍵腳的電平被電源爬升過(guò)程中的耦合干擾抬到了觸發(fā)閾值。排查時(shí)先用示波器抓芯片電源腳的上升沿波形再看按鍵腳是否有同步的毛刺波。如果按鍵腳有毛刺檢查按鍵走線是否與電源走線靠得太近或者芯片去抖電容是否漏貼、貼錯(cuò)位置。系統(tǒng)性的解決思路有三種第一在芯片電源腳加足夠大的去耦電容抑制電源爬升速度讓內(nèi)部邏輯在穩(wěn)定電平下啟動(dòng)第二選擇帶內(nèi)部上電復(fù)位電路的芯片這類(lèi)芯片能確保在VCC上升到工作電壓之前鎖存器輸出強(qiáng)制保持關(guān)斷第三如果芯片有外部使能腳或者復(fù)位腳在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)用額外的RC延時(shí)把它拉低或拉高等電源穩(wěn)定后再釋放。如果設(shè)計(jì)已經(jīng)定型沒(méi)法改硬件也可以臨時(shí)在按鍵腳對(duì)地并聯(lián)一個(gè)22nF~100nF的電容它可以吸收大部分上電瞬態(tài)耦合噪聲。4.2 按鍵抖動(dòng)導(dǎo)致的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)按鍵抖動(dòng)導(dǎo)致的反復(fù)開(kāi)關(guān)機(jī)在機(jī)械按鍵和薄膜按鍵上都會(huì)出現(xiàn)?，F(xiàn)象是手按一下系統(tǒng)開(kāi)了但隨即又關(guān)了或者開(kāi)關(guān)狀態(tài)完全隨機(jī)。先用示波器看按鍵腳的波形能夠觀察到按下過(guò)程中存在一串密集的高電平脈沖這就是機(jī)械抖動(dòng)。解決辦法首先是檢查去抖電容的容值是否在規(guī)格書(shū)建議范圍內(nèi)很多工程師為了省料隨手用了0.01μF的電容結(jié)果去抖時(shí)間只有5ms沒(méi)過(guò)按鍵彈跳窗口。還有一種情況是去抖電容容值夠了但按鍵釋放時(shí)仍然出現(xiàn)反向觸發(fā)。這是因?yàn)榘存I釋放的瞬間寄生電感與電容形成振蕩在邊沿上產(chǎn)生振鈴。此時(shí)可以在按鍵腳串聯(lián)一個(gè)100Ω到1kΩ的電阻與去抖電容組成低通濾波把振鈴壓下去。如果仍不穩(wěn)定則要考慮芯片本身的觸發(fā)邏輯是否正邊沿觸發(fā)、負(fù)邊沿觸發(fā)確定按鍵腳默認(rèn)電位是否符合芯片要求。有些芯片默認(rèn)是高電平按鍵接地觸發(fā)如果按鍵腳懸空或外部上拉過(guò)弱噪聲就非常容易混進(jìn)來(lái)。4.3 關(guān)機(jī)后仍有電流LED微亮關(guān)機(jī)后系統(tǒng)還在消耗電流這是低功耗設(shè)計(jì)里最令人頭疼的問(wèn)題。“LED微亮”尤其典型按鍵關(guān)機(jī)之后LED燈珠仍發(fā)出微弱的光說(shuō)明仍然有微安到毫安級(jí)別的電流流過(guò)LED。問(wèn)題根源通常不在芯片而是電源路徑上沒(méi)有徹底關(guān)斷。如果芯片控制的是PMOS且PMOS的源極接電池、漏極接負(fù)載那么當(dāng)PMOS關(guān)斷后負(fù)載端電壓低于柵極電壓時(shí)PMOS的體二極管可能導(dǎo)通。比如負(fù)載端是一個(gè)大電容電容電壓回不到零但電池端的電壓恒定體二極管就會(huì)形成一個(gè)細(xì)微的漏電回路。檢查和解決路徑有幾條第一確認(rèn)芯片驅(qū)動(dòng)PMOS時(shí)柵極電壓能否真正拉到接近電源電壓如果驅(qū)動(dòng)不足PMOS只是半關(guān)斷Rds就是歐姆級(jí)而不是兆歐級(jí)第二檢查負(fù)載端有沒(méi)有接下拉電阻如果沒(méi)有關(guān)機(jī)后負(fù)載電容上的殘余電荷會(huì)維持很長(zhǎng)時(shí)間第三對(duì)于LED這類(lèi)器件不能只依賴PMOS關(guān)斷因?yàn)長(zhǎng)ED的漏電流在反向狀態(tài)下也可能產(chǎn)生微亮必要時(shí)在LED兩端并聯(lián)一個(gè)100kΩ以上的放電電阻或者在PMOS之后再增加一個(gè)低邊開(kāi)關(guān)徹底斷開(kāi)負(fù)載回路。4.4 多電源域和負(fù)載開(kāi)關(guān)的時(shí)序配合在復(fù)雜一點(diǎn)的系統(tǒng)里一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片往往只是整個(gè)電源時(shí)序的一部分。比如系統(tǒng)里有一個(gè)常供電源域給RTC時(shí)鐘一個(gè)受控電源域給MCU和傳感器還有一個(gè)瞬時(shí)電源域給通信模塊。此時(shí)一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片控制的是“主負(fù)載電源”但這個(gè)主負(fù)載電源的上升沿必須和其他電源域配合。如果受控電源域比常供電源域還早建立MCU可能會(huì)從一個(gè)不完整的電源狀態(tài)啟動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生總線鎖死或者GPIO倒灌電流的一類(lèi)故障。處理起來(lái)的關(guān)鍵是明確電源時(shí)序要求然后用芯片的復(fù)位輸出、延時(shí)輸出去控制后續(xù)的負(fù)載開(kāi)關(guān)或DC-DC使能。大多數(shù)一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片的復(fù)位輸出在電源穩(wěn)定后延遲若干毫秒才釋放這正是MCU復(fù)位釋放的時(shí)機(jī)。只要把芯片的復(fù)位腳連接到主控的使能或者復(fù)位輸入就能形成簡(jiǎn)單的時(shí)序鏈。如果是兩級(jí)開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)就要分別在每一級(jí)用不同延時(shí)避免所有負(fù)載同時(shí)上電。這里有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)用示波器同時(shí)抓取各級(jí)電源波形觀察是否有“回勾”或“塌陷”一旦出現(xiàn)就要增加去耦電容或調(diào)整延時(shí)參數(shù)。最后再分享幾個(gè)小經(jīng)驗(yàn)按我個(gè)人的習(xí)慣一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片的選型不會(huì)只看一顆料的參數(shù)而是先畫(huà)出整機(jī)的電源樹(shù)。從電池或適配器入口開(kāi)始分清哪些負(fù)載必須常供哪些由按鍵控制哪些還要再分時(shí)上電然后再倒推選什么樣的芯片和外圍方案。很多時(shí)候最大的坑不是芯片選錯(cuò)而是電源架構(gòu)沒(méi)理清導(dǎo)致再好的芯片也發(fā)揮不出來(lái)。評(píng)估芯片時(shí)我還會(huì)在初期就做一個(gè)最小驗(yàn)證板。焊上芯片、一個(gè)按鍵、一個(gè)PMOS、一個(gè)LED負(fù)載半天就能驗(yàn)證待機(jī)電流、開(kāi)關(guān)節(jié)奏和上電可靠性?；ㄒ惶鞎r(shí)間做這個(gè)驗(yàn)證比直接畫(huà)進(jìn)正式板卡再返工要省太多時(shí)間。datasheet里的典型值終究只是典型值實(shí)際到板子上的溫度、電壓波動(dòng)、按鍵老化等因素都會(huì)影響表現(xiàn)有些問(wèn)題只有實(shí)物出來(lái)了才能暴露。最后提醒一點(diǎn)盡量選擇引腳兼容、有備選貨源的型號(hào)。一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)芯片屬于小眾功能器件單一供應(yīng)商風(fēng)險(xiǎn)不容小覷哪怕性能稍微犧牲一點(diǎn)庫(kù)存穩(wěn)定和持續(xù)供貨才是量產(chǎn)項(xiàng)目中最大的保障。