低壓死機的解決方法

趙 金

（中興通訊股份有限公司，陜西 西安 710114）

1 電源管理發展現狀以及課題研究意義

當今世界，人們的生活已是片刻也離不開電子設備。電源管理在電子設備系統中擔負起對電能的變換、分配、檢測及其他電能管理的職責。電源管理對電子系統而言是不可或缺的，其性能的優劣對整機的性能有著直接的影響。在工程實踐中，工程師也遇見了越來越多關于電源引起的問題。本文結合電源原理、電流電壓針對工程實踐中電源引起的異常死機提出一種解決方法，幫助工程師快速的定位問題、解決問題。

2 故障現象以及問題解析

2.1 故障現象

NVDIA 的AP40 平臺是該芯片廠商的第一款8 核處理平臺，其電源管理部分由TI 的65913 電源管理芯片負責。在測試過程中發現了部分手機在使用過程中當電池電量在40%以下時，很容易出現手機白屏、藍屏、綠屏等“死機”現象。“死機”問題的出現嚴重影響了用戶體驗，所以是手機研發中工程師最不愿看到的故障。經測量分析發現，在死機發生時，電池的VBAT被拉低到2.9 V 以下（正常電池滿電在4.4 V、額定電壓3.8 V、關機在3.4 V 左右），而此時的電流在3～4 A。

2.2 故障原因分析

2.2.1 工作原理

電池充電管理芯片MAX77665 有硬件OC（Over Current 過流）可以響應電池輸出的最大電流，當電流超過某一最大值時，MAX77665 發信號通知AP40 芯片降頻，從而使得最大電流變小。但是MAX77665 響應最大電流有條件限制，這個限制就是大電流的脈沖時間要超過3.3 ms，這時MAX77665 才能發信號通知AP40 芯片降頻。如果大電流脈沖時間小于3.3 ms，則MAX77665 無法響應，如果此時電流過大，電池電壓就會被拉低于TI65913 的最低門限，那么手機就會有非常大概率死機。

因此，死機的直接原因就是電池電壓過低。輸出電流過大導致電池的供給電壓被拉低，此時電池電壓低于其PMU 的最低門限，從而使得PMU 工作異常，產生死機。

3 問題改進方法

3.1 故障不改版的解決方法

不改版的解決方法主要分為5 個步驟，具體如下。

步驟1，如何復現死機問題抓取波形分析是一種很有效的方式，發現在手機開機找網注冊時滑動觸摸屏操作，此時手機非常容易死機。經過分析發現，在手機注冊找網時，MODEM 側PA 會產生大脈沖電流，而滑動觸摸屏操作會使得平均電流升高，兩者相加后就會產生一個非常大的電流脈沖，此脈沖最大值可以達到4 A 以上，而電池輸出功率一定，在電流升高的同時，那必然是電池電壓的跌落。

于是，通過修改軟件，讓MODEM 側在PA 發射大功率時給AP40 發信號進行通知，AP40 收到信號后進行限制頻率的處理，使得電池的平均電流降低，從而使得注冊找網時的大電流脈沖最大值可以降低。

LC1713 通 過AP_MODEM_POWERCTL 管 腳 給AP40 發送信號，AP40 的HDMI_CEC 管腳也是AP40中4 個帶OC 的管腳之一。

軟件除了這些處理外，還在AP_MODEM_POWERCTL 下降沿之后在延時1 s 繼續限制頻率降低電流。

步驟2，在進行測試中發現，當馬達震動時電流會增大400 mA 左右，但企業標準馬達震動時電流不超過90 mA。

檢查馬達相關原理圖，發現將其B 端接地可能有問題。因為將馬達去掉后，測量VIBRATOR_N 信號，發現其輸出電平為1.2 V，而此管腳通過0 Ω 接地，相當于此管腳對地短路，這個管腳肯定會有漏電產生。經過測試：

（1）馬達自身耗電，100 mA 左右，符合馬達自身的規格，是正常的；

（2）由于馬達震動時VIBRATOR_N 電平不為0導致該管腳通過R206 漏電有200 mA 左右；

（3）馬達震動時Max77665a 的馬達控制器耗電，100～150 mA。

所以，除了將R206 去掉后，芯片自身馬達控制器還有150 mA 左右的電流，通過修改軟件，將馬達變為外部PWM 控制，占空比設置為100%，LDO4 設置為2.85 V即可，這種配置下馬達可正常工作，且沒有異常漏電。

步驟3，由于只要系統電壓低于2.9 V，TI65913就會工作異常，從而導致死機。于是要求TI 將此芯片的最低工作電壓調低至2.7 V。經過對改過參數后的芯片進行測試，發現VDD_SYS 在大于2.7 V 時就不會產生死機，并且其余電源也滿足設計要求。

步驟4，在測試中發現，每次開機時都會在開機7 s左右產生一個大電流脈沖。經過分析，此大電流是由MODEM 上電導致。

經過分析，MODEM 在啟動時，由于MOS 開關響應時間非常快，導致上電時給MODEM 部分LC_VBAT支路上電容充電，從而導致電流非常的大。為避免該問題，建議在在MOS 管的源極和柵極之間增加0.1 μF電容，原理如圖1 所示。從此MOS 管的參數中得知，其Td 和Tf 都是納秒級的，MOS 管開關響應非常的快，加0.1μF 電容的目的就是軟啟動，增長MOS 管的開關時間[1]。

步驟5，除了上述的4 個步驟，主芯片還通過EDP 對電流和電壓以及電池內阻進行限制。關于限制電池的最大電流，目前OC 里邊限制值設置為3.5 A，只要電池的最大電流高于3.5 A，就進行限頻。

關于限制電池的輸入電壓，當其輸入電壓低于某閾值時，讓主芯片降頻。目前系統最低電壓限制為3.35 V。

圖1 柵極和原極之間增加電容

通過公式（1）可以計算得出對應于不同的開路電壓此時所對應的最大電流：

其中，Voc是開路電壓也就是此時電池電壓，VDD_SYS_MIN就是EDP里邊設置的3.35 V，ESR是計算電池端到芯片，結合PCB 板材參數得到阻抗值。I_VBAT就是此時開路電壓所對應的能提供的最大電流。由式（1）可知，滿電時Voc最大，此時I_VBAT最大，這個手機性能最好。隨著Voc降低，I_VBAT減小，手機性能會降低。所以調整一個合適的VDD_SYS_MIN是關鍵，這個值小了，在低壓時I_VBAT過大，會導致死機；這個值大了，在低壓時I_VBAT過小，此時手機性能就會被限制，影響用戶體驗。所以目前3.35 V 這個值是經過大量測試得出的。

這5 個步驟可以解決在不改版的情況下的死機現象。

3.2 故障改版的解決方法

既然是改版的解決方法，那必然是從硬件的角度來解決。由于原來的充電芯片的硬件OC 響應大電流脈沖寬度條件為3.3 ms，所以增加一個電池輸出電流監測芯片[2]，其檢測范圍是140 μs～8.244 ms，從而可以短時間的檢測到大電流，進而做到限流限壓，規避死機問題。

4 結論

本文介紹了一種由電源引起的死機異常的解決方法。通過實驗測試、問題改進給出了通過經濟效率高的軟件解決問題的方法、同時也給出了一種通過硬件處理的解決方法。為以后此類問題的分析以及解決提供了更快更為經濟的解決方案。