GPIO先上电竟然会导致MCU启动失败？

今天要探讨的话题是关于i.MXRT1xxx系列的一个重要问题：GPIO提早供电可能导致内部DCDC启动失败。

最近，一位与RW612产品线相关的同事在设计双MCU系统演示时遇到了一个麻烦。当RW612板卡提前上电，而后RT1060板卡上电时，通过UART进行连接，结果发现RT1060程序无法正常启动。这其实是i.MX RT系列常见的上电时序问题。接下来，我们就来深入讨论这个问题：

 

• 注：虽然本文以i.MXRT1060为例，但所述问题基本适用于其他i.MXRT1xxx系列。

一、问题快速复现

如果想要复现这个问题，其实并不复杂。我们可以用一个USB转串口模块（3.3V）代替RW612，将其连接到RT1060的ROM ISP UART口。

使用得这个USB转串口模块 TXD 和 RXD 驱动能力不同，空载电压测得均是 3.55V，但是和未上电的 RT1060-EVKB 板卡对接时，电压会有所下降，因此测试了不同连接组合下的 RT1060 板卡上电启动结果：

从测试结果可以看到，RT1060 程序启动失败的主要原因是板卡上电后，VDD_SOC_IN 上没有电压（即主芯片内部 DCDC 没有输出）。

二、内部DCDC上电时序要求

在分析启动失败问题前，首先需要简单了解下 i.MXRT1xxx 芯片内部的 DCDC 模块。在一些成本敏感的应用中，首推使用芯片内部 DCDC 供电给内核，因此 DCDC 模块能否正常启动决定了内核能否正常运行。

在恩智浦官网文档 《i.MX RT Hardware Development Guide for the MIMXRT1050/MIMXRT1060 Processor》 里对上电时序做了如下严格规定，其中最常发生问题的地方就是有效 DCDC_PSWITCH 和 DCDC_IN 之间至少 1ms 的延时（以 DCDC_IN 稳定在 3V 为时间起点，以 DCDC_PSWITCH 上升到 1.5V 为时间终点），如果不满足这个 1ms 延时要求，内部 DCDC 模块则可能会启动失败，无法正常输出电压给内核（DCDC_LP 脚）。

• The VDD_SNVS_IN supply must be turned on before any other power supply or connected (shorted) with the VDD_HIGH_IN supply.
• If a coin-cell battery is used to power VDD_SNVS_IN, ensure that it is connected before any other supply is switched on.
• An RC delay circuit is recommended for providing the delay between DCDC_IN stable and DCDC_PSWITCH. The total RC delay should be 5-15 ms.
• DCDC_IN must reach a minimum 3.0 V within 0.3 x RC.
• The delay from DCDC_IN stable at 3.0 V min to DCDC_PSWITCH reaching 0.5 x DCDC_IN (1.5 V) must be at least 1 ms.
• The power-up slew rate specification for other power domains is 360 V/s – 36k V/s.
• POR_B must be held low during the entire power up sequence

三、GPIO提早供电的影响

现在我们查看一下 RT1060-EVKB 原理图设计，外部电源输入 DCDC_3V3 负责给 NVCC_GPIO/SD1/EMC 以及 DCDC_IN 供电，同时 DCDC_IN 也经过了一个 RC 延时电路供电给 DCDC_PSWITCH，这是符合硬件设计要求的。

由于 RT1060 上 GPIO_AD_Bx 和 GPIO_Bx 两组 PAD 供电均来自于 NVCC_GPIO，当其中任何一个 GPIO 有电压时，均可能会漏电到 NVCC_GPIO。因此我们提前将 USB 转串口模块通过 ROM ISP UART 连到板卡，即会漏电到了 NVCC_GPIO->DCDC_3V3->DCDC_IN->DCDC_PSWITCH，即相当于给 DCDC_PSWITCH 的 RC 电路预充了一定电，等板卡正式上电，RC 电路升压到 1.5V 的时间就会缩短。这也就是上个小节表格里为何 DCDC_PSWITCH 预充到 0.33V 时不影响上电时序，而预充到 1.42V 时就不行了，因为延时小于 1ms 了。

根据 RT1060-EVKB 这样的电源电路设计，不仅仅 ROM ISP UART 两个引脚提前上电会影响芯片启动，属于 NVCC_GPIO/SD1/EMC 供电下的任何一个 GPIO 提前上电都会产生相同的效果。但是 NVCC_SD0 供电下的 GPIO 则不会影响启动，因为它在走线上和 DCDC_PSWITCH 之间没有连接。

四、多板卡连接的解决方案

现在我们知道了问题产生的原因，以后遇到此类问题，第一时间先去测量 i.MXRT1xxx 内部 DCDC 输出（DCDC_LP）的电压（如果为 0，则一定是上电时序问题）。那该如何规避问题呢？以与 RT1060-EVKB 连接为例则有如下三个方法：

 

• 方法一: 两个板卡之间用 UART 信号连接时串上隔离电阻（比如1K欧姆），这样能降低漏电到 NVCC_GPIO 的电压（以实测为准）。
• 方法二: 选用不干扰 DCDC_PSWITCH 信号的 GPIO 组（对于 RT1060-EVKB，则是 GPIO_SD_B0_xx 引脚）进行连接。
• 方法三: 将 RT1060-EVKB 板卡，改为外部 PMIC 供电，弃用主芯片内部 DCDC。

至此，i.MXRT1xxx系列GPIO提早供电会影响上电时序导致内部DCDC启动失败

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