Haben die neuen „PB“ -Varianten von ATmega einen Fehler im Brown-Out-Detektor?

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In vielen unserer Produkte setzen wir seit vielen Jahren erfolgreich ATmega48 / 88/168/328-Mikrocontroller ein. Wir haben jetzt überlegt, von den A- und PA-Varianten auf die neue PB-Variante umzusteigen (weil wir die zusätzlichen Pins, Timer und UARTs in neuen Produkten benötigen, weil es billiger geworden ist und weil es so aussieht, als würden die alten Varianten eingestellt). Also haben wir einen ATmega328A gegen einen ATmega328PB ausgetauscht. Nach Stromunterbrechungen scheint es sehr oft durcheinander zu kommen . Solche Probleme traten bei den alten Varianten nie auf.

Regelmäßige Stromunterbrechungen sind für den Einsatz unserer Produkte normal. Wir verwenden ein Schaltnetzteil (wie dieses ), das auf 5 V eingestellt ist, und haben Kondensatoren im Bereich von 220 µF am VCC des ATmega, um den SRAM für Stromunterbrechungen im Bereich von mehreren Minuten am Leben zu halten und interne Zustände zu speichern, die keine Mission sind kritisch, aber die Benutzererfahrung erheblich verbessern, indem sie bei einem Neustart sofort verfügbar ist (diese Zustände ändern sich häufig genug, um das EEPROM ungeeignet zu machen). Das hat immer funktioniert.

Beim neuen ATmega328PB wird der Chip jedoch nach einer Stromunterbrechung zurückgesetzt, ohne dass in MCUSR eine Rücksetzbedingung gefunden wird, und die Uhr scheint durcheinander zu sein.

  • Der Brown-Out-Detektor wird pro Sicherung eingestellt. Wir haben alle verfügbaren Bodlevel ausprobiert, der Fehler tritt bei allen auf.
  • Wir verwenden externe 20 MHz, die ebenfalls pro Sicherung korrekt eingestellt sind.
  • Wir haben 3 verschiedene Chips ausprobiert, es war also kein einziger Löt- oder anderer Hardwarefehler.

Nachdem der Fehler aufgetreten ist, stellt der Takt häufig die 2,5-fach langsamere Geschwindigkeit ein, was darauf hinweist, dass die mcu vom internen 8-MHz-Oszillator getaktet wird. Manchmal beträgt die Verlangsamung jedoch etwa das 6-fache. Dies bedeutet, dass es kein Softwarefehler sein kann, der den Taktteiler ändert, da ich die Sicherungen nicht über die Software einstellen kann und der Taktteiler die Uhr nicht durch 2,5 oder 6 teilen kann.

Mein erster Verdächtiger war also die neue Sicherung zur Erkennung von Taktfehlern. Unabhängig davon, ob es ein- oder ausgeschaltet ist, bleibt das Verhalten gleich.

Um Software-Besonderheiten auszuschließen, habe ich ein einfaches Testprogramm von Grund auf neu geschrieben, das nichts anderes tut, als einen Ausgang mit 100 Hz von einem Timer-Interrupt umzuschalten und nach jedem Neustart mit LEDs anzeigt, welche Rücksetzbedingungen aktiviert wurden (wie von MCUSR gelesen). Der Rest der Hardware wurde ebenfalls entfernt, nur die mcu und der Regler sind vorhanden (und die Anzeigelatten mit Vorwiderständen).

Die Ergebnisse

Etwa 2/3 der Zeit passiert nichts Interessantes. Nach der Stromunterbrechung nimmt das mcu seine Arbeit wieder auf. Sowohl die Anzeige für das Zurücksetzen des Brown-Outs als auch das Zurücksetzen beim Einschalten leuchten auf.

(Auf dem Bild ist Rot der umgeschaltete Stift und Blau ist VCC. Auf diesem Bild ist der 2,7-V-Bronwn-Out deutlich sichtbar. Ich habe die gleichen Tests mit den anderen Brown-Out-Einstellungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind genau die gleichen. also werde ich diese Bilder weglassen)

es startet gut neu

In etwa 1/3 der Fälle tritt der oben genannte Fehler auf, und wenn die Stromversorgung wieder hergestellt ist, leuchtet keine der Anzeigen für Brown-Out-Reset und Power-On-Reset auf! Die Ausgabe ist anders, als ob das mcu mit einer seltsamen Uhr tickt. Es ist nicht chaotisch, aber es tickt mit der gleichen Frequenz.

es startet in einem verrückten Zustand neu

Interessanterweise scheint in dieser Situation der Brown-Out-Detektor vollständig inaktiv zu sein, da nach der nächsten Stromunterbrechung (bei der die korrekte Uhr manchmal wiederhergestellt wird, manchmal nicht) deutlich zu erkennen ist, dass der Ausgang nach dem Brown-out weiter gut umschaltet. out level wurde bestanden. In solchen Situationen wird die Uhr manchmal schneller, manchmal langsamer:

Kein Brown-Out, die Uhr wird schneller Kein Brown-Out, die Uhr wird langsamer

Während dieser Tests habe ich 16K CK / 14CK + 4,1 ms für die Startverzögerung verwendet (aber die 65 ms Verzögerung vermeidet die Probleme nicht).

Hier ist ein vergrößertes Bild, in dem Sie deutlich sehen können, dass der VCC in weniger als 2 ms einen stabilen Zustand bei 5 V erreicht:

erfolgreicher Start, vergrößert

Im obigen Bild wurde das mcu korrekt gestartet.

Interessanterweise steigt die Versorgungsspannung, wenn dies nicht der Fall ist, noch früher auf stabile 5 V an (es scheint, dass sich viele Teile des mcu nicht einschalten lassen, sodass während des Startvorgangs weniger Strom verbraucht wird).

Unten ist ein Bild von einem erfolglosen Start:

erfolgloser Start, vergrößert

Bitte beachten Sie, dass die Software nach mehr als 85 ms nach Stabilisierung der Versorgungsspannung startet, anstatt nach den sonst erforderlichen 10,5 ms. Die Sicherungen für die Startverzögerung sind immer noch dieselben, 16K CK / 14CK + 4,1 ms.

Interessant ist auch, dass sich der VCC nach dem Ausschalten der Versorgung bei etwa 1,1 bis 1,2 Volt stabilisiert (die alte ATmega328A-Variante ging auf etwa 0,6 bis 0,7 V zurück). Das hält es einige Minuten lang. Wenn ich lange genug warte (in der Größenordnung von einer halben Stunde oder länger), startet das mcu immer richtig! Das Problem scheint also zu sein, dass 1,1 Volt in der Nähe sind, was laut Datenblatt nicht garantiert für einen Power-On-Reset ausreicht. Aber es sollte für einen Brown-Out-Reset ausreichen!

Mit Ausnahme dieser Situationen funktioniert der Brown-Out-Detektor einwandfrei. Es ist auf dem ersten Bild sichtbar (das Ausgangssignal stoppt, wenn der Bodlevel erreicht wurde, und der Spannungsabfall verlangsamt sich, wenn Teile des mcu abgeschaltet werden). Ich habe Tests durchgeführt, als ich den VCC auf etwas unterhalb des Bodlevels reduziert und wieder zurückklettern ließ. Unter solchen Bedingungen wurde der mcu immer korrekt neu gestartet, wobei nur die Brown-Out-Reset-Anzeige aufleuchtete.

Habe ich etwas Offensichtliches verpasst oder hat der ATmega328PB einen schwerwiegenden Fehler im Brown-Out-Detektor?

BEARBEITEN:

Interessanterweise treten die oben genannten Probleme nur auf, wenn ich die Versorgung vor dem Regler unterbreche. Wenn ich es nach dem Regler unterbreche (oder ein Labornetzteil benutze), treten die Probleme nie auf. Als ob die Form der ansteigenden Spannung die Probleme verursacht hätte. Wie Sie auf dem letzten Bild sehen können, ist der Spannungsanstieg jedoch recht gut und stabilisiert sich schnell.

BEARBEITEN 2

Ich habe es mit 16 MHz statt 20 MHz ausprobiert, aber genau die gleichen Probleme treten auf.

vsz
quelle
Haben Sie Atmel kontaktiert oder sich ihre Fehler angesehen? In der heutigen Zeit sind IC-Designfehler weit verbreitet.
Edgar Brown
Ich habe die Erratas durchgesehen (habe nichts in diese Richtung gefunden), und wir erwägen, Atmel zu kontaktieren, aber nicht bevor wir weitere Tests durchgeführt und uns ein bisschen mehr umgesehen haben.
vsz
3
Nach meiner Erfahrung verschwenden Sie keine Zeit, bevor Sie sich an den Hersteller wenden oder dessen Foren nutzen. Sie haben mehr als genug Debugging durchgeführt, um einen sehr starken Fall zu präsentieren. Mit viel weniger schickte TI mir ihre internen (unveröffentlichten) Errata für einen ihrer ICs, die unser Problem dokumentierten.
Edgar Brown
Meine zwei Cent wert: Ich habe Probleme mit anderen CPUs gesehen, wenn die Leistung zu schnell ansteigt. Einige Hersteller geben eine maximale Anstiegszeit an, dies wird jedoch häufiger nicht erwähnt.
Oldfart

Antworten:

3

Ich denke nicht, dass es ein Fehler mit dem Brown-Out-Detektor ist, aber wie Sie den Chip verwenden.

Wie Sie selbst sagten, wird der Schwellenwert für das Zurücksetzen beim Einschalten von 1,1 V nicht erreicht, wenn die Stromversorgung nur kurz unterbrochen und angeschlossen wird, sodass kein POR auftritt.

Auch hier kann der Brown-out-Detektor nicht viel helfen. Sie verwenden den AVR mit 20 MHz, und dafür muss die Versorgungsspannung 4,5 V oder mehr betragen, oder Sie verstoßen gegen die Spezifikationen. Und BOD garantiert nicht, dass es bei 4,5 V auslöst, es ist normalerweise weniger als das, sagen wir 4,3 V. Selbst bevor BOD ausgelöst wird, gibt es keine Garantie dafür, in welchem ​​Zustand der AVR endet, aber der BOD sollte auslösen, außer dass dies möglich ist funktioniert aufgrund Ihres 20-MHz-Takts nicht. Wenn die Spannung wieder ansteigt, wird der BSB deaktiviert, bevor die Versorgungsspannung wieder einen sicheren Wert von 4,5 V erreicht. Wenn es richtig ausgelöst wurde. Die Startverzögerungszeit sollte dann so hoch eingestellt werden, dass sich die Spannung ändert, um vom BSB-Deaktivierungspegel auf 4,5 V zu steigen, bevor der interne Reset freigegeben wird.

Es kann jedoch alles fehlschlagen, da für den Betrieb mit 20 MHz nur mindestens 4,5 V erforderlich sind. Im AVR-Datenblatt wird erwähnt, dass bei einem ungeeigneten internen Rücksetzsystem ein externer Rücksetzchip verwendet werden muss. In diesem Fall scheint es Ihre Probleme zu lösen, den AVR zurückzusetzen, bevor die Spannung auf 4,5 V abfällt.

Nur ich
quelle
Ich nahm an, dass der BOD den Prozessor selbst nicht verwendet, aber es handelt sich um eine dedizierte Hardware. Vielleicht haben sie es für die PB-Variante geändert? Ich wäre überrascht, wenn sie BOD für 20 MHz nicht mehr unterstützen würden. Der höchste Bodlevel liegt bei 4,3 V, also würden 20 MHz einen externen BSB erfordern? Trotzdem habe ich Zweifel, dass dies allein die Ursache ist. Ich habe einen Test mit 20 MHz, 2,7 V Bodlevel gemacht, den VCC auf 3 V eingestellt, es lief gut. Wenn ich die Spannung manuell auf etwas unter 2,7 reduzierte, stoppte der Ausgang, als ich sie über 2,7 erhöhte, wurde der Ausgang wieder aufgenommen, immer, er fiel nie aus, nicht einmal. Nur ein Start von 1,1 V scheint den BSB zu deaktivieren.
vsz
Höchstwahrscheinlich handelt es sich um dedizierte Hardware, aber können Sie während der Unterspannung vor dem Einsetzen des BSB sicher sein, dass korrekte Daten für die CPU-Ausführung aus dem Flash abgerufen werden, und führt die CPU sie korrekt aus? Es könnte sein, oder einfach zufällige Daten in reservierte Register schreiben, die nicht spezifizierte Dinge tun. Die Spezifikationen für die PB-Variante haben sich geändert und sie haben auch auf dem älteren Chip keinen BSB für 20 MHz unterstützt. Die PB-Variante weist sowohl unterschiedliche BSB- als auch POR-Kurven auf und tritt später bei niedrigeren Spannungen ein.
Justme
Bitte schauen Sie sich mein zweites Bild an. Der BSB war anscheinend korrekt aktiviert und hat den Chip zurückgesetzt. Die Initialisierung schlägt erst beim nächsten Start fehl. Außerdem habe ich diesen Chip mit 3 V betrieben und er hat einwandfrei funktioniert und ist kein einziges Mal ausgefallen.
vsz
Meiner Meinung nach muss der Chip nicht außerhalb des sicheren Betriebsbereichs arbeiten, aber fahren wir fort. Der BSB setzt den Clock Failure Detector nicht zurück, sodass nur der Power-On-Reset und der externe Reset von der internen Uhr ausgeschaltet werden. Überprüfen Sie daher die Einstellungen der CFD-Sicherung. Verwenden Sie einen externen Kristall oder eine externe Uhr? Die CFD-Sicherung war möglicherweise zuvor die Full-Swing-Sicherung. Und da es keine Vollschwingsicherung gibt, beträgt die maximale Frequenz für einen Kristall 16 MHz, und 20 MHz erfordern ein externes Logikpegeltaktsignal. Könnte also auch ein Problem beim Start von Kristallen sein, also legen Sie auch einen Bereich für Kristallstifte fest.
Justme
Ich benutze einen Kristall. Gute Idee, ich werde das untersuchen. Bitte beachten Sie, dass das gleiche Verhalten, das ich mit Bildern dargestellt habe, unabhängig davon auftrat, ob der CFD ein- oder ausgeschaltet war.
vsz