开关电路充当自动电压门控器，以确保系统稳定性。通过使用与 RC 网络配对的 N 沟道 MOSFET，该系统在电压调节器确认输出电压达到额定值之前，将微控制器与电源物理隔离。
此机制通过延迟连接负载直到“Power Good”信号激活来防止初始化失败，从而实现无需手动按钮或外部干预的自主冷启动。
自主冷启动的机制
Power Good 信号的作用
在智能鞋履中，电源（如能量收集器或小型电池）在启动过程中可能不稳定。只有当电压调节器的输出稳定在所需电压水平时，它才会生成Power Good信号。
此信号充当系统其余部分的“绿灯”。没有此检查，微控制器可能会尝试在电压不足的情况下启动，从而导致崩溃或未定义行为。
MOSFET 作为开关
N 沟道 MOSFET 在电源和微控制器（负载）之间充当电子开关。在初始上电过程中的默认状态下，MOSFET 保持断开（OFF）状态。
它有效地断开电路，防止电流流向微控制器。这种隔离可确保负载不会过早消耗功率，这可能会拖累不稳定调节器的电压。
RC 网络的功能
RC（电阻-电容）网络与 MOSFET 和 Power Good 信号协同工作。它通常用于过滤控制信号或引入轻微的时间常数。
这可确保 MOSFET 不会因瞬时尖峰或噪声而触发。它平滑了过渡，确保只有在电压真正稳定时开关才会闭合。
为什么这对智能鞋履至关重要
防止初始化失败
微控制器在其启动序列中对电压下降高度敏感。如果电压低于某个阈值（“欠压”），处理器可能无法正确初始化其寄存器。
通过等待额定值，此电路可确保微控制器在安全可靠的电源环境中唤醒。
消除手动干预
智能鞋履是一种嵌入式应用，其中手动电源开关不切实际或无法触及。用户不能期望按一个按钮来“启动”他们的鞋子。
此电路完全自动化了该过程。它允许系统在有效电源可用时立即自行冷启动，从而创造无缝的用户体验。
理解权衡
组件占位面积与可靠性
虽然此电路增加了可靠性，但它在空间受限的设计中引入了额外的组件（MOSFET、电阻器、电容器）。在可穿戴技术中，每个平方毫米的 PCB 空间都很有价值。
然而，这些组件的成本通常被消除系统崩溃的成本所抵消，系统崩溃会使智能功能变得无用。
功率开销
添加到电路中的每个组件都会引入一定程度的电阻或泄漏。N 沟道 MOSFET 具有“导通电阻”（$R_{DS(on)}$），它会以热量的形式耗散少量功率。
在超低功耗能量收集场景中，必须仔细计算此损耗，以确保它不会显著降低微控制器可用的能量。
为您的设计做出正确选择
这种开关拓扑对于依赖潜在不稳定电源的无头嵌入式系统至关重要。
- 如果您的主要重点是系统可靠性：实施此电路可防止启动循环和欠压，确保设备在用户穿上鞋子时每次都能正常工作。
- 如果您的主要重点是电路板空间：通过选择超小型封装的 MOSFET 和 RC 组件（如 0201 无源元件或 DFN MOSFET），最大限度地减小占位面积。
最终，此电路将可变电源输入转换为二进制安全启动信号，确保您的智能鞋履自主可靠地运行。
摘要表：
| 组件 | 冷启动电路中的功能 | 主要优势 |
|---|---|---|
| N 沟道 MOSFET | 充当自动电子开关/门控器 | 隔离负载以防止过早耗电 |
| RC 网络 | 过滤控制信号并管理时间常数 | 防止电压尖峰或噪声引起的误触发 |
| Power Good 信号 | 监控电压调节器稳定性 | 确保 MCU 仅在额定电压水平下启动 |
| 系统负载（MCU） | 稳定后才接收电源 | 消除欠压故障和启动循环 |
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参考文献
- Niharika Gogoi, Georg Fischer. Choice of Piezoelectric Element over Accelerometer for an Energy-Autonomous Shoe-Based System. DOI: 10.3390/s24082549
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
