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[参考译文] BQ25622:I2C 通信会消耗大量电流并将 VBAT 电压降至允许的最小值以下。

Guru**** 2520920 points
Other Parts Discussed in Thread: BQ25622, BQ25622EVM

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1345532/bq25622-i2c-communication-draws-huge-amount-of-current-and-drops-the-vbat-voltage-under-minimum-allowed

器件型号:BQ25622

您好!

关于 BQ25622与主机 MCU STM32F407的 I2C 通信、我们的原型面临一个大问题。

配置如下:

- BQ25622提供5V (外部),我们的电池是锂离子标准单节电池。
- BQ 的 VSYS 进入一个降压/升压转换器、从而使 VCC 稳定为3.3V。
-我们的主机 MCU STM32F407由上述3.3V 电源供电, I2C 线路通过 SDA SCL 上的10K 外部上拉电阻连接到 BQ 3.3V 的 VCC
- I2C 速度100K (用更低和更高的测试-根本不影响问题)

实际上、通信运行良好、我们可以成功地读取和写入 BQ 的寄存器-这不会造成问题。

问题在于(在示波器上进行了验证):只要 STM 发出 I2C 读取或写入信号、我们就会直接观察 VBAT 上的压降。 压降尖峰非常激进、以至于充满电的电池(4.15V)会下降至2.5V、低于 VSYSMIN、从而使 BQ "认为"电池电量耗尽、并会立即关闭系统。 然后、BQ 等待施加外部输入充电器、以使其重新启动系统...直到主机 MCU 从 BQ 中读取任何寄存器并且尖峰再次发生、然后重复该过程。  

在下图中、请观察到黄色线的尖峰、即 VBAT 电压。 在过程中读取3个寄存器以从 BQ 中获取一些值时、会发生这种情况。 您可以观察到发出 I2C 读取3次的模式。 黄色线为 VBAT 和 VSYS 也相似、因此未在此处显示。  



我们尝试过的方法:

-移除上拉电阻(通信不起作用)
-只激活 STM 的弱上拉(通信工作-但尖峰是相同的)
-重新布线电阻器到 pul-up 到 vsys (没有变化)
-添加大2200uF 电解液在 parralel 与 VSYS (减少70%的尖峰),但这只是涵盖问题-不修复其原因,无论如何不适用。

问题是我们做错了什么? 在这种配置下、在何处上拉 I2C 线路? 该芯片是否有关于 I2C 的任何特殊要求。  我们是否需要用于 I2C 线路的电平转换器。  


注意:我们在同一条 I2C 线路上测试了另一个 I2C 芯片(SDA SCL 线路上拉至 VCC 3.3V 的加速计)、使用该加速计的 STM 与 I2C 正常工作-无尖峰)
3.3V 电压仍然保持稳定、但 VBAT 在总线上应用 I2C 通信、这一事实让我们感到困惑。 这怎么可能呢? 处理总线上的 I2C 位时、BQ 存在一些内部问题。

请告知  

谢谢。此致、

D·斯帕索夫斯基

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    Dejan、您好!  

    感谢您通过 E2E 联系我们。 在与 BQ25622通信时、您所观察到的行为绝对是超出预期的。 在与 BQ25622EVM 执行 I2C 通信时、我没有看到类似的行为、其他使用此器件的客户未报告此类行为。

    Unknown 说:
    问题是我们做错了什么? 在这种配置中,从何处上拉 I2C 线路?

    对 SCL 和 SDA 线路使用3.3V 上拉轨和10k Ω 上拉电阻应该不会有问题。  

    I2C 通信本身不应导致 VBAT 电压下降并变得不稳定。 您能帮助回答一些其他问题吗?  

    -根据您的描述,这似乎是在使用电池电源时发生的。 当该器件处于充电状态时、使用 I2C 通信是否存在任何 VBAT 不稳定/尖峰?  

    无论从何种 BQ 寄存器读取数据、还是必须是一种特定模式、VBAT 是否会出现不稳定/尖峰?  

    -您是否检查事件期间 SYS 电流消耗是否有任何显著变化? 我通常认为这种 VBAT 骤降是由于负载电流中的快速瞬态尖峰所致。  

    此致、

    加勒特

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    大家好、Garret、谢谢您的答复。 非常感谢、我们仍在这里找我们的头...
    澄清问题并回答您的问题:

    -根据您的说明,这似乎是在使用电池供电时发生的。 当该器件处于充电状态时、使用 I2C 通信是否存在任何 VBAT 不稳定/尖峰?  [/报价]

    -只有当系统由电池供电时才会观察到尖峰。 通过 BQ 为电池充电后、问题消失了。

    [报价 userid="489217" url="~/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1345532/bq25622-i2c-communication-draws-huge-amount-of-current-and-drops-the-vbat-voltage-under-minimum-allowed/5128156 #5128156"]- 无论您从哪个 BQ 寄存器读取数据,还是它必须是一个特定模式,VBAT 是否不稳定/尖峰出现?  [/报价]

    是的、无论使用什么寄存器、都会出现尖峰。 这是最奇怪的事情: 即使我们有意使用错误的 I2C 地址(就像读取同一 I2C 总线上的某些其他节点)、并且 VBAT 上的尖峰仍然存在、只是它现在具有不同的较短的形状、直到 BQ 意识到 I2C 消息不是寻址到它的时候。 比如 I2C 接口电气问题。  

    -是否检查活动期间 SYS 电流消耗是否有任何显著变化? 我通常认为这种 VBAT 骤降是由于负载电流中的快速瞬态尖峰所致。  [/报价]

    我们有一个板载 LTE 调制解调器、用于发送消息并与基本移动站通信。 我们知道、尤其是当调制解调器在启动时首次连接时、它会消耗很大的电流、最高2安培。 即便如此、在 VCC 3.35V 线路上观察到的干扰可以忽略不计、例如:VPP 100mV 、而我们在"I2C 尖峰"上看到的情况则是如此、Vpp 可以 达到1500mV。  

    [/quote]
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    下面是另一个有趣的快照:



    黄色为 VBAT
    青色为 VCC 3.3V (源自降压/升压转换器、后者源自 BQ 的 VSYS)

    在尖峰开始的时候可以看到一件有趣的事情,因为你可以看到,首先下降的是 VBAT,然后 VCC 跟着,但它(磁性的)提高了!!! 因此、如果您仔细观察、这两者之间有一个反函数。

    人们会希望 VCC 上的电压首先"反应" 、因为主机 I2C 被上拉至 VCC (3.3V)。更自然的是、甚至会开始下降、因为通信时 I2C 主机上的 OD FET 闭合、会导致电流消耗增加。 但不是、VCC 会升高、就好像 FET 在主机侧较小的电压和 BQ 侧较高的电压之间激活某种平衡。

    我并未排除导致 VBAT 下降的可能性、VSYS 也会下降、而我们的降压/升压转换器(可能)正在尝试稍微补偿下降和过冲、因此我们看到 VCC 上升。  

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    另一个捕获:



    黄色= VBAT
    品红色= VSYS
    青色= VCC (3.35V)

    观察~900mV 和 pp 1200mV 的 VSYS 压降、看起来它首先起作用。

    在此配置中、将10K 上拉电阻焊接到 VSYS。


    放大以查看谁先开始:

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    对我上一个答案的修正:
    无论是使用电池供电还是 BQ 充电时、峰值实际上都出现在这里、没有任何差别。

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    之前的捕获是使用电池工作时的数据。 这里是 BQ 充电时:

    完全相同。

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    以下是 BQ 插入外部电源但不充电导致电池充满电时的尖峰:
    VBAT 突然下降明显可见(黄色)。 但首先开始下降的是 VSYS。




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    放大了 VBAT 上120mV 的突然下降:

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    进一步放大:

    VBAT 下降发生在略低于40ns 的120mV 幅度内。 只有 BQ 可以这样做。 问题是为什么?

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    我将把我们的设计原理图发送给大家参考、以防大家注意到...

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    Dejan、您好!  

    感谢您提供原理图和各种波形。 我的下一个请求是查看您的原理图。 我立即注意到、您似乎没有在 BAT 引脚处尽可能靠近 BQ25622 IC 放置所需的最小10uF 电容器。  

    我不确定这是否是您看到的尖峰行为的唯一根本原因、但请重新测试、将此电容器添加到您的系统中。  

    另外还介绍了在插入外部电源的情况下获得的捕获结果。 它们显示 VBAT 正在下降以响应 VSYS 下降。 这似乎是一个补充模式示例。 在这种情况下、您是否获取过任何显示 VBUS 输入为5V 的波形? 它是否保持稳定?  

    根据您的原理图、ILIM 电阻器将输入电流限制设置为500mA。 您提到系统电流消耗有时可能会高得多。 您是否能够试验一下如果您的输入电源电流额定值和 BQ25622输入电流限制设置增加、行为是否发生变化?

    此致、

    加勒特  

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    大家好、Garret、

    我在 BQ 附近添加了47uF 陶瓷低 ESR、并将 ILIM 电阻器从5k 更改为1、5K。  

    结果:





    基本相同。



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    不用担心电感器-我更改了它以获得更可靠的电感器、仍然是相同的结果。

    另一个新闻:



    现已问世
    黄色是 SDA 引脚、但在固件中、我只将其设置为 OD 输出、然后将其下拉10ms、结果是相同的。 从未涉及过 I2C 驱动器! 此外、在 STM 上、我将 VBAT 引脚与 VBAT 引脚分离没有留下任何可以做的事情、我正在尝试我能想到的一切。

    青色为 VSYS
    洋红色为 VBAT

    另一个注意事项是每次 I2C 读取(每500ms)、之前我设法听到了来自电子器件(可能是电感器)的"tick"..."tick"..."tick"、这是另一个指示、表明在读取 I2C 时会消耗大量电流。

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    数据表中显示 SDA 和 SCL 通过仿真连接到1.8V 基准电压、但在我看来、这只不过是弱仿真。

    有什么建议吗?

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    好的新开发:

    请查看以下内容:



    SDA 引脚降至低电平-保持低电平约 ~12ms、并升高至高电平。

    仅在更改时出现毛刺脉冲! 这对我来说是个新闻。  

    对此有什么想法吗?

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    导致以下情况的原因是仅 I2C SDA 引脚上的变化率:



    当在 SDA 引脚到 GND 上引入一个更大的电容器时-为了检查假设、原因通信不会以这种方式工作...  



    观察每个尖峰会变得更小、并且上升沿上的尖峰会消失。 (上升过程完全不陡峭)  

    这促使我在设计中对 I2C 线路上的斜率进行调整。 但问题的根源尚不清楚。

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    有什么想法@Garret?

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    Dejan、您好!  

    以下波形取自 BQ25622EVM、其中具有2.2k Ω 电阻器、用于 SCL/SDA 上拉至 SYS 电源轨。 SDA 反复驱动为低电平对 SYS 没有影响。 关键在于、I2C 通信本身不应导致负载电流显著增加。  

    如果可能、请帮助测量活动期间的电流变化。 您还能进一步说明您的电感器发生了什么变化吗? 这种行为的性质发生了显著变化。  

    此致、

    加勒特