无故障电压监控器的基本知识

摘要

电压监控器在产生低于最小电源电压复位的有效复位之前需要一个最小电源电压，沿着电源电压轨道，产生复位故障。复位故障可以在上电期间触发处理器或临界负载的错误信号。本应用笔记讨论了无故障管理器的各个方面。

简介

监控IC对几乎所有系统都是有价值的补充，因为它增加了可靠性，改善了系统性能，避免了过电压瞬变，并防止了电源故障。半导体制造商正在不断努力提高电压监控ic的性能。开机复位故障是业内正在努力改进的性能领域之一。

监管IC要求最低电压(V运动)以产生干净或可靠的复位信号。上电时，在供电轨道到达V点之前运动时，复位信号状态不确定。一般来说，我们称之为复位故障。

在本应用笔记中，我们将讨论重置故障的基本原理，并学习Maxim的方法如何推翻无故障监督器的传统方法。

Reset Driver拓扑

主要有两种不同的电路拓扑用于RESET引脚:开漏或推拉。两种拓扑都使用NMOS下拉MOSFET。

图1。不同的重置拓扑用于管理ic。 图1。不同的重置拓扑用于管理ic。
排水明沟配置 推挽式配置

图1。不同的重置拓扑用于管理ic。

开漏输出为系统设计人员提供了更大的灵活性，因为输出可以被拉到系统中的任何电压轨道，当它们作为处理器的输入时，可能需要不同的电压电平(VIH, V伊尔)．推挽输出配置在具有类似电压轨的系统中更有用。

上电复位故障

在上电时，驱动输出MOSFET的内部电路是不活动的，直到上升的电源电压达到V运动．在此期间，输出MOSFET保持关闭和复位将上升成比例的上拉电压(V引体向上)．一旦电源电压高于V运动，内部MOSFET将驱动复位到有效复位状态。当VCC从0V上升到V时，复位电压会意外上升运动通常称为复位故障，可导致系统运行不可靠。

常规电压监控器电气特性表中提到的POR电压。

图2。常规电压监控器电气特性表中提到的POR电压。

上电序列显示复位故障。

图3。上电序列显示复位故障。

为什么是无故障的主管?

电压监控器一般控制单片机的Reset引脚或DC-DC控制器的Enable引脚。若复位故障幅值接近最小高逻辑阈值(VIH)的复位引脚或DC-DC控制器的使能，则会触发错误信号。下面是一些关键应用，复位故障是系统设计的关键参数。

与低压处理器接口

电压监控器可用于监控fpga、asic或dsp的低压导轨，其中电压可低至1V。在低压处理器中，I/O逻辑电平非常敏感，VIH可低至0.5V，如图3所示。

上电过程中，FPGA、ASIC或DSP设备需要处于RESET状态，直到所有供电轨道稳定。由于RESET可能会有故障时VDD小于V运动，此故障可能触发这些关键组件的未知状态。一旦VDD高于V运动，内部MOSFET打开，将RESET连接到GND，并使RESET输出正确的低逻辑电平。

电压监控器与低压处理器(ASIC/FPGA/DSP)的接口。

图4。电压监控器与低压处理器(ASIC/FPGA/DSP)的接口。

控制DC-DC控制器使能

在许多应用中，各种DC-DC变换器在启动前需要一个最小的电源电压，或者在输入电容处需要足够的能量来支持变换器的涌流要求。在缺乏足够能量的情况下，涌流可能会将输入电压拉得过低，导致系统或变换器复位。用电压监督器控制转换器的使能引脚，将使能引脚保持在低电平，直到供电电压稳定或高于电压监督器的监控阈值。

在上电过程中，如果复位故障的幅度大于最小使能高阈值电压(VIH)时，控制器可能会被触发，导致系统故障。

控制带电压监控的DC-DC控制器使能状态。

图5。控制带电压监控的DC-DC控制器使能状态。

无故障操作的离散解

目前，系统工程师在传统的监控器上添加了一个外部电路，以模拟监控器的无故障特性，如图6所示。通过添加一个配置在源跟随器配置中的标准JFET，源处的电压将跟随V处的电压G(门电压)减去JFET的阈值电压。JFET的阈值在V和V之间造成大约1V的下降G和V出并消除输出电压电位上升，直到内部电路开始运作。

常规监控器与外部P-JFET无故障操作。

图6。常规监控器与外部P-JFET无故障操作。

无故障运行的集成解决方案

Maxim Integrated介绍了MAX16161/MAX16162nanoPower，真正的无故障电压监控器。MAX16161/MAX16162可以通过RESET引脚吸收电流，即使VCC为0V。这确保了RESET在零电源电压下的有效状态，并提供无故障的上电/下电操作(图7)。

MAX16161/MAX16162不需要任何外部组件，实现无故障运行，提供了一个小巧而经济的解决方案。MAX16161/MAX16162的主要特点和优点有:

  • 没有电源故障
  • 825nA(典型)静态电流延长电池寿命
  • 正电平和负电平触发MR输入选项(MAX16161)
  • 磁流变弹跳电路(MAX16161)
  • 独立的VCC和VIN输入(MAX16162)
  • 多个可用的重置超时时间
  • 阈值电压选项:1.7V至4.85V (MAX16161);0.6V至4.85V (MAX16162)
  • 微型4-bump WLP和4-pin SOT23封装
  • 宽-40°C至+125°C的工作温度范围

MAX16162应用原理图和定时原理图。

图7。MAX16162应用原理图和定时原理图。

实验室结果

将MAX16161与具有上电故障的传统管理器进行比较，以展示无故障管理器如何帮助LDO顺利上电。图8显示了LDO与常规监控器的基本连接，后者正在监控IN轨(1.8V)。

监控器的阈值设置为1.7V，高于LDO的最低供电要求。

MAX38908带电压监控器(带上电故障)的使能控制。

图8。MAX38908带电压监控器(带上电故障)的使能控制。

图9显示了LDO (MAX38908)的上电响应，其中V偏见(粉色)设置为3V, IN(绿色)从0上升到1.8V。电压监控器，带V运动1.1V，监控IN。RESET连接到MAX38908的EN(蓝色)，并拉入IN。LDO输出(黄色)错误显示为“Enable”在V上方哦(1 v)水平。一旦IN在V上面运动(1.1V)，复位拉低，因为IN小于阈值电压(1.7V)。这将释放LDO的输出。

MAX38908上电顺序，Enable故障导致输出错误。

图9。MAX38908上电顺序，Enable故障导致输出错误。

当IN超过阈值电压后，监控器被拉高并使能LDO。

使用MAX16161无故障电压监督器重复类似的测试。在这个实验中，我们观察到即使In低于V, RESET也被拉低运动并且LDO上没有错误的OUT，如图10所示。

MAX38908与MAX16161(无故障管理器)控制使能。

图10。MAX38908与MAX16161(无故障管理器)控制使能。

MAX38908上电顺序，MAX16161生成clean Enable。

图11。MAX38908上电顺序，MAX16161生成clean Enable。

总结

真正的无故障监管IC不再只是一个概念。通过nanoPower MAX16161/MAX16162，设计人员现在有一个监督IC，可以在零供电电压附近产生可靠的复位信号，以实现低压(< 1V)电子设备的功率监测，以一个微小的封装提供，仅消耗825nA的静态电流，以帮助延长系统电池寿命。