求大神帮忙分析一个串口电平匹配电路的问题

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 06:53:08

半夜睡不着，因为最近设计的产品出现了部分不良，而暂未锁定原因。发贴求助论坛大神。
应用在低功耗产品，整体为3.6V电池供电。MCU的TX和RX在高电平时均为3.6V。而NB模块同样为可控的3.6V供电，但TX和RX的高电平为2.8V。
因此增加了电平匹配电路。NB模块的电源通过MCU可以控制开启或关闭。
如附图。
程序中，当NB模块需要发送数据工作时，先将NB电源打开，然后配置MCU的串口使能，同时将TX配置为推挽输出，RX配置为上拉输入。
当NB模块用完则先关闭NB模块电源，然后将MCU的串口禁能，TX和RX均配置为推挽输出，输出低电平0。
目前存在的问题。
多数板子正常收发数据。数据也收发正确。
但有一部分板子，在偶尔发送数据时，会重启死机。尤其低温环境下，表现为白天正常，重启均发生夜间（北方环境，夜间最冷有-5度左右）。
板子供电为锂亚电池+法拉大电容，应该可以排除NB发送数据时的大电流引起电源跌落造成的重启。
个人分析原因：
当开机时或关机后（NB模块电源的电容会有一部分残留电量），NB的RX上拉高电平，接到MCU的TX，TX为推挽输出，当输出0时，中间仅有一个二极管，相当于短路？MCU内部自我保护重启，或者工作异常导致看门狗重启。
求大神帮忙分析一下原因。
最后附原理图：

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 06:57:55

后来修改为当NB关闭后，将MCU的RX和TX配置为禁用或输入。则NB模块的VBAT在关闭后仍有1.2V的电压，然后慢慢降低。同时工作电流也由100uA，慢慢降低到正常的待机电流10uA。

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 06:59:28

而最初的NB关闭后，将MCU的TX和RX配置为推挽输出0时，工作电流会直接降低为10uA。

tuy0326 · 发表于 2019-12-12 08:28:12

感觉还是电池的问题

again · 发表于 2019-12-12 08:42:02

低温下ER电池特性更差超级电容容量也会不一样，用的谁家ER？电容多大？推荐ER+spc

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 08:51:36

again 发表于 2019-12-12 08:42
低温下ER电池特性更差超级电容容量也会不一样，用的谁家ER？电容多大？推荐ER+spc ...

昊诚HCB的ER26500。
HCB的SPC1520

linyibinleo · 发表于 2019-12-12 09:40:51

能不能用低温箱模拟环境温度，示波器加入观察VBAT供电情况。模块工作环境温度范围是？从你截图的架构，除了供电，没其他能影响模块重启了吧

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 10:09:39

linyibinleo 发表于 2019-12-12 09:40
能不能用低温箱模拟环境温度，示波器加入观察VBAT供电情况。模块工作环境温度范围是？从你截图的架构，除了 ...

放高低温箱了。
但不是100%发数据会重启。不好24小时人一直看着。
如果不发NB数据，不会重启。每次重启的时间点都是NB发数据时的时间。
只好先用排除法，把电池都换掉再试了。每次尝试都要好长时间。另一批次一直正常。不正常的，24小时，会出现1~2次。（1小时两次数据）

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 10:22:20

我把D1和R6都去掉，D1焊10K电阻。
暂且正常。

jim166783 · 发表于 2019-12-12 10:28:34

1、串口用电平匹配电路，手册有推荐电路
2、VBAT电容太小了 NB是要100uF钽电容，而且要靠近VBAT放虽然MOS管前有大电容

yy8047 · 发表于 2019-12-12 10:28:46

感觉应该不是串口通信的问题，而是NB无线发射数据时电流太大导致电压跌落。单片机的工作电压范围是多少，可以考虑用个二极管+大电容将单片机电源隔离出来

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 13:10:44

xingjianpeng 发表于 2019-12-12 10:22
我把D1和R6都去掉，D1焊10K电阻。
暂且正常。

问题依旧，可能方向错了。

xingjianpeng · 发表于 2019-12-12 15:23:40

yy8047 发表于 2019-12-12 10:28
感觉应该不是串口通信的问题，而是NB无线发射数据时电流太大导致电压跌落。单片机的工作电压范围是多少，可 ...

工作电压1.8V~3.8V。
示波器测量，最低跌落到了3.1V。此次发送是正常的。
也或者，不正常重启时跌落的更大了。

Mrp_Young · 发表于 2019-12-12 15:49:27

注意锂亚电池，每隔一段时间要“激活”一次，就是进行一次大电流放电，持续个几秒

Mrp_Young · 发表于 2019-12-12 15:56:47

感觉主要是因为你那个Pmos的问题，pmos后面的负载电容或负载大，MOS管导通后直接给负载电容充电，导致一开PMOS，容性负载直接会把供电电源拉低，导致MCU复位
解决方法是在：MCU_POWER_CON 引脚这块得增加一个0.1uf左右或者更大的电容，可以使mos缓慢导通，电源能响应过来。

yy8047 · 发表于 2019-12-12 16:11:24

xingjianpeng 发表于 2019-12-12 15:23
工作电压1.8V~3.8V。
示波器测量，最低跌落到了3.1V。此次发送是正常的。
也或者，不正常重启时跌落的更 ...

从开始跌落到恢复电压时间有多长呢，估计应该就是单片机电压跌落太多导致的。建议单片机的电源串个低压差的二极管，二极管后面加个大点的电容，这样总电源跌落的时候单片机的电压不至于跌落太多

xingjianpeng · 发表于 2019-12-13 08:30:58

Mrp_Young 发表于 2019-12-12 15:56
感觉主要是因为你那个Pmos的问题，pmos后面的负载电容或负载大，MOS管导通后直接给负载电容充电，导致一开P ...

有道理。

xingjianpeng · 发表于 2019-12-13 08:39:29

谢谢楼上诸位的建议。
基本上找到问题了。测了12小时还正常。今天继续测，如果正常，是可以确实原因了。
是个很扯蛋的原因。确实是电压跌落引起的。
这个原因是：电池和大电容均是焊线式。工人在剥线时，把里面的金属丝剥了一些，有些金属丝保留的多，有的少。即多芯的电源线并没有全部用上，导致上传数据时电压跌落。
把线重新剥开，上锡，焊线后。发送数据时，3.4~3.6V。之前是波动范围在3.0~3.6V.
或许不正常时（尤其低温情况下，电池可能惰性加强）跌落很大，导致重启了。

xingjianpeng · 发表于 2020-1-3 11:13:41

yy8047 发表于 2019-12-12 16:11
从开始跌落到恢复电压时间有多长呢，估计应该就是单片机电压跌落太多导致的。建议单片机的电源串个低压差 ...

你好。
改了一版PCB，加了二极管，后级加了钽电容。
但是发现，电压跌落还是有。
另外，出现了新问题。MCU的电源有锯齿波。有点像是，负载消耗电量，电压跌到压差后，再给电容充电。
如下图。
电路图：

yy8047 · 发表于 2020-1-7 16:16:25

xingjianpeng 发表于 2020-1-3 11:13
你好。
改了一版PCB，加了二极管，后级加了钽电容。
但是发现，电压跌落还是有。

说明电源电压跌落比较频繁，可以考虑再加大二极管后面的电容

ccsens · 发表于 2022-8-16 15:17:17

xingjianpeng 发表于 2020-1-3 11:13
你好。
改了一版PCB，加了二极管，后级加了钽电容。
但是发现，电压跌落还是有。
(引用自19楼)

您好，方便问下电压跌落您最后怎么解决的吗

求大神帮忙分析一个串口电平匹配电路的问题

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