Die nachträgliche Programmierung von Logikchips kommt besonders häufig bei Prüf- und Messsystemen oder  in der Gebäudeautomatisierung vor. Damit FPGAs, DSPs  oder Mikrocontroller programmiert werden können, müssen in der Schaltung die entsprechenden Versorgungsspannungen zur Verfügung stehen. Im einfachsten Fall wird die normale Eingangsspannung verwendet, die auch im regulären Betrieb des Systems vorhanden ist. Aus verschiedenen Gründen kann sich dies aber als nicht praktikabel herausstellen.

Weicht die Programmierspannung von der regulären Betriebsspannung der Applikation ab oder bestehen Sicherheitsbedenken, da andere Subsysteme von der angelegten Eingangsspannung mitversorgt werden, empfiehlt es sich oft, die benötigten Spannungen extern an die Stromversorgung des Systems heranzuführen. Das Anlegen einer Ausgangsspannung ohne Last am Eingang stellt allerdings eine untypische Einsatzsituation dar. Im Folgenden beschreibt dieser Beitrag, wie man solchen untypischen Situationen am besten begegnet und wie Abhilfemaßnahmen aussehen.

Typische Testszenarien

Bild 1: Zum Programmieren eines Mikrocontrollers lässt sich eine externe Spannung an den Ausgang des Wandlers anlegen.

Bild 1: Zum Programmieren eines Mikrocontrollers lässt sich eine externe Spannung an den Ausgang des Wandlers anlegen. TI

In Prüf- und Messanwendungen wird beispielsweise der 16-Bit-Mikrocontroller MSP430G2955 mit 1,8 V betrieben, weil diese Spannung im System ohnehin vorkommt. Zum Programmieren des Flashspeichers ist aber mindestens eine Spannung von 2,2 V notwendig, sodass die Versorgungsspannung kurzzeitig auf diesen Level angehoben werden muss. In Test-Umgebungen ist die einfachste Option, die Programmierspannung von außen an die Stromversorgungsanschlüsse des MSP430-Mikrocontrollers anzuschließen. Bild 1 erläutert den prinzipiellen Aufbau.

In Anwendungen der Gebäudeautomatisierung ist dank der FRAM-Speichertechnologie (Ferroelectric Random Access Memory), über die beispielsweise die Bausteine der MSP430FR5969-Familie verfügen, keine höhere Programmierspannung mehr notwendig. Aus Sicherheitserwägungen kann es dennoch sinnvoll sein, eine externe Spannung  anzulegen, anstatt die vom Gleichspannungswandler auf dem Board erzeugte Versorgungsspannung zu verwenden. Wird ein System aus dem Netz gespeist, bestehen Sicherheitsrisiken, wenn diese Spannung während der Herstellung an das System angelegt ist und noch nicht alle Sicherheitsmechanismen installiert sind. Ähnliches gilt, wenn ein System Motoren oder Heizelemente enthält, da diese ungewollt aktiviert werden könnten.

Vorüberlegungen und Praxistipps

Die Versorgungsspannung von Prozessoren liegt meist deutlich unter der üblichen Systemspannung von 5 V. In der Regel handelt es sich bei der Stromversorgungsschaltung daher um einen Abwärtswandler. Beim Anlegen einer Spannung an den Ausgang eines Abwärtswandlers, ohne dass eine externe Spannung an dessen Eingang vorhanden ist, kann die Spannung vom Ausgang auf den Eingang durchgreifen. Bei nicht eigens für dieses Szenario konzipierten ICs wie beispielswiese dem Abwärtswandler TPS62750, liegt die Spannung am Ausgang auf Grund der Bodydiode des MOSFETs auf der High-Seite auch am Eingang der Schaltung an. Bild 2 erläutert diesen Strompfad. Die folgenden sieben Überlegungen und Maßnahmen helfen, die Sicherheit und korrekte Funktion des Systems bei externer Spannungsversorgung zu gewährleisten:

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