多电源电路的可靠性设计

多电源电路的可靠性设计
作者：王科 光网络部研发工程师

   在通信系统的电路中，大多存在两种以上的电源，实际工程应用中还常有蓄电池提供后备供电的情况，对于这些电路，在电压变化的过程中，可能会引发电路无效复位或上电失败的故障。对此，本文提出了一种实用的解决方案。

   随着通信设备复杂程度的提高，工程应用对设备的可靠性要求也随之提高。各种电源配送方案在工程运用上得到了广泛的应用，在有后备电池供电的应用上，由于供电系统的切换，通信设备内各部件将面临一次上电初始化的考验。
电路上电问题分析
现在通信机房大多采用-48V直流电源，而电子元器件一般采用低电压供电，以5V和3.3V最为常见，近几年随着低功耗器件的大量使用，1.5V、1.8V、2.5V电源也被采用。电路设计中往往采用DC-DC电源转化模块提供二次电源。在同时使用多种电源时，可采用多种电源模块，或采用一种电源模块加多个直流电压转换器的方案，下面就两种典型情况作简单分析。

1．采用多电源模块设计的电路
这种设计一般包括1只48-5V电源模块和1只48-3.3V电源模块。
其中5V电源模块主要给电路内5V器件供电；3.3V电源模块主要给电路内FPGA、ASIC供电，以及供给直流电压转换器进行更小电压的转换。这里应当指出，如果采用线性调压器(LDO)进行小电压转换时，上级电压通常采用3.3V，因为常用的1.5V、1.8V、2.5V与5V的压降很大，在进行电压转换的时候将损失更多功率，同时增加系统的散热负担。
对于这种设计，由于不同电源模块的指标差异，存在上电顺序的问题。如果5V达到稳定的时间比3.3V早，那么将可能造成如下问题：

a. 5V器件已经运行正常，而3.3V的FPGA、ASIC还未加载或初始化完毕。如果电路内MCU单元为5V供电，那么MCU初始化FPGA和ASIC失败，电路工作将不正常，这种情况理论上可以通过在MCU程序代码里添加空转等待语句，但是实际上仍然存在问题，见下面的分析。
b. FPGA加载失败。图1显示了一般可编程逻辑器件的上电加载机制。图2显示了48-3.3V的某品牌电源模块在用蓄电池加电时，其电压在上升过程中与达到稳定状态前出现的较为严重的波动，测试其他电压，也发现类似情况。