無故障監(jiān)控器如何幫助高可靠性應(yīng)用

與傳統(tǒng)的電壓監(jiān)控器不同，無毛刺監(jiān)控器通過避免上電毛刺、未定義的邏輯輸出狀態(tài)以及掉電或停電邏輯錯(cuò)誤等歧義來提高系統(tǒng)可靠性。這些模糊性引起了安全和可靠性應(yīng)用的關(guān)注，例如爆炸物、關(guān)鍵電源路徑監(jiān)控/控制、高靈敏度低壓軌道設(shè)備和本質(zhì)安全設(shè)備。本應(yīng)用筆記討論了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些安全問題，并展示了如何使用Maxim集成的無毛刺監(jiān)控器系列MAX16161/MAX16162。

介紹

監(jiān)控器IC在大多數(shù)系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，是第一道防線，通過防止過壓瞬變和電源故障條件來提高可靠性。電壓監(jiān)控器的目的是確保系統(tǒng)正確上電;提供對(duì)停電、電壓瞬變或掉電條件的抗擾度;并監(jiān)控系統(tǒng)電壓軌的欠壓情況。這可確保不存在危及底層系統(tǒng)的故障或性能下降。

上電復(fù)位（POR）功能在大多數(shù)監(jiān)控器中的作用是保證上電期間具有正確邏輯電平的有效輸出信號(hào)。具有接近零的 POR 電壓 （V波爾） 是確保沒有不確定的邏輯輸出饋送到后續(xù)系統(tǒng)的最理想條件。然而，對(duì)于設(shè)計(jì)師來說，制作V是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)波爾較低，因?yàn)檩敵?a href="http://www.ttokpm.com/tags/mosfet/" target="_blank">MOSFET驅(qū)動(dòng)器需要最小電源電壓來維持正確的邏輯輸出。這會(huì)導(dǎo)致監(jiān)控器的/RESET輸出端出現(xiàn)不確定的邏輯狀態(tài)，如圖1和圖2所示。圖3顯示了傳統(tǒng)監(jiān)控器的典型輸入電壓規(guī)格，定義了最小V抄送需要保證有效的重置邏輯。

圖1.上電期間的不確定邏輯狀態(tài)，也稱為上電毛刺。

圖2.傳統(tǒng)監(jiān)控器IC的上電行為

圖3.傳統(tǒng)監(jiān)控器中的上電復(fù)位電壓規(guī)格。

本應(yīng)用筆記解釋了各種場(chǎng)景，其中上電毛刺和傳統(tǒng)監(jiān)控器的其他一些重要方面可能導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題，并導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性問題和故障。

掉電和停電條件

停電是電路中電源電壓在短時(shí)間內(nèi)意外降至零電壓的一種情況，而在欠壓條件下，電壓降至非零電壓電平。一些需要精確調(diào)節(jié)電源電壓的敏感電子系統(tǒng)可能無法在這些情況下運(yùn)行。長期掉電會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)過早磨損和性能下降，這在某些任務(wù)關(guān)鍵型或安全應(yīng)用中將是災(zāi)難性的。如果發(fā)生掉電，監(jiān)控器IC將置位處理器復(fù)位，直到電源電壓上升到安全水平。傳統(tǒng)監(jiān)控器往往會(huì)在停電或掉電條件下產(chǎn)生復(fù)位輸出毛刺或不確定的邏輯狀態(tài)，如圖2所示。

MAX16161/MAX16162的設(shè)計(jì)使得在停電或掉電條件下不會(huì)出現(xiàn)不確定的復(fù)位輸出。復(fù)位輸出保持低電平，即使電源電壓降至 UVLO 或 V 以下波爾.圖4和圖 5演示了無毛刺監(jiān)控器在這種情況下的行為。

圖4.無故障管理引擎在停電條件下的行為。

圖5.無故障管理引擎在掉電條件下的行為。

示例應(yīng)用1：與FPGA和低壓處理器內(nèi)核的接口

隨著技術(shù)的進(jìn)步，更低的電源軌和更嚴(yán)格的容差給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來了挑戰(zhàn)，要求他們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 （FPGA）、專用集成電路 （ASIC） 或存儲(chǔ)組等關(guān)鍵組件暴露于高壓尖峰時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)并將系統(tǒng)移至安全模式。在低壓處理器中，I/O邏輯電平提供的小裕量，最低邏輯電壓（VIL）的最大電壓可低至0.4V。上面是讀取無效邏輯時(shí)，如圖5所示。

在這些尖峰敏感器件上電期間，處理器需要處于有效的復(fù)位邏輯狀態(tài)，直到所有電源軌穩(wěn)定。否則，來自監(jiān)控器RESET輸出的邏輯輸入端的任何尖峰都可能觸發(fā)FPGA或ASIC的意外復(fù)位釋放。換句話說，可靠的監(jiān)控器在任何時(shí)間點(diǎn)都不應(yīng)在系統(tǒng)中引入高阻抗或未定義的邏輯電平。圖6給出了MAX16161/MAX16162在此類應(yīng)用中的簡(jiǎn)化圖。

圖6.將電壓監(jiān)控器與低壓處理器 （ASIC/FPGA） 接口。

應(yīng)用示例 2：電源路徑監(jiān)視和控制

圖7所示為與電流傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的負(fù)載開關(guān)，MAX16161作為負(fù)載開關(guān)控制器。在上電、對(duì)地短路、電池或電源移除、停電或掉電等條件下，MAX16161確保電源路徑負(fù)載開關(guān)或高端MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)。

圖7.使用MAX16161、電流檢測(cè)放大器（CSA）和負(fù)載開關(guān)進(jìn)行電源路徑監(jiān)測(cè)和控制。

應(yīng)用示例3：本質(zhì)安全應(yīng)用中的可靠候選者

本質(zhì)安全 （IS） 是一種設(shè)計(jì)用于危險(xiǎn)區(qū)域的設(shè)備的方法。這個(gè)想法是避免任何產(chǎn)生火花的情況，或者將可用能量降低到不會(huì)引起點(diǎn)火的水平。這意味著防止火花并保持低溫。在任何上電或停電條件下的毛刺或浪涌在爆炸物等關(guān)鍵應(yīng)用中使用的系統(tǒng)中都可能是致命的。在此類應(yīng)用中要考慮的其他要點(diǎn)包括：如果出現(xiàn)任何問題，立即關(guān)閉電源;沒有假開機(jī);并最大限度地減少可能違反美國 FM/UL 和歐洲 CELENAC 等審批機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械故障點(diǎn)。

現(xiàn)在我們來討論MAX16161/MAX16162如何成為解決上述問題的良好解決方案。圖9所示為MAX16161/MAX16162的典型應(yīng)用電路和預(yù)期特性。由于MAX16161/MAX16162提供的功能引腳數(shù)量最少，需要的外部元件數(shù)量最少，因此故障率或故障保持在最低水平，有助于它們符合可靠性和安全標(biāo)準(zhǔn)。由于MAX16161/MAX16162的時(shí)序參數(shù)和門限電壓設(shè)置均經(jīng)過工廠調(diào)整，因此避免了與外部無源元件短路/開路相關(guān)的問題，這些問題通常與傳統(tǒng)監(jiān)控器有關(guān)。由于MAX16161/MAX16162不會(huì)產(chǎn)生毛刺或無效狀態(tài)，因此可以輕松避免意外上電或邏輯狀態(tài)模糊。

面向無故障監(jiān)控器的新穎集成解決方案

Maxim Integrated 推出 MAX16161/MAX16162 毫微功耗、真正無毛刺電壓監(jiān)控器。MAX16161/MAX16162可以通過RESET引腳吸收電流，即使V電壓抄送為 0V。這確保了RESET在零電源電壓下的有效狀態(tài)，并提供無毛刺的上電/關(guān)斷操作。

MAX16161/MAX16162無需任何外部元件即可實(shí)現(xiàn)無毛刺工作，體積小巧，性價(jià)比高。圖9所示為MAX16162的上電和關(guān)斷。MAX16161/MAX16162的主要特性和優(yōu)點(diǎn)如下：

無上電故障

825nA（典型值）靜態(tài)電流可延長電池壽命

正負(fù)電平觸發(fā)MR輸入選項(xiàng)（MAX16161）

MR去抖動(dòng)電路（MAX16161）

獨(dú)立的VCC和VIN輸入（MAX16162）

多個(gè)可用的復(fù)位超時(shí)周期

閾值電壓選項(xiàng)

1.7V至4.85V （MAX16161）

0.6V至4.85V （MAX16162）

4 焊球 WLP 和 4 引腳 SOT23 封裝

-40°C 至 +125°C 工作溫度范圍

圖8.（a） MAX16162的上電特性。（b） MAX16162的關(guān)斷行為。

圖9.（a） MAX16162的應(yīng)用示意圖。（b） MAX16161的應(yīng)用圖。（c） MAX16162的時(shí)序圖。（d） MAX16161的時(shí)序圖

結(jié)論

MAX16161/MAX16162毫微功耗無毛刺監(jiān)控器非常適合注重安全性和可靠性的應(yīng)用。本應(yīng)用筆記描述了各種應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，該系列器件與市場(chǎng)上現(xiàn)有的解決方案相比具有多種優(yōu)勢(shì)。該系列的顯著優(yōu)點(diǎn)包括：可靠的上電和有保證的RESET輸出水平，即使在V時(shí)抄送等于零;用于本質(zhì)安全應(yīng)用的功能引腳數(shù)量最少;緊湊的解決方案尺寸，具有微型晶圓級(jí)封裝以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SOT23 封裝選項(xiàng);和 825nA 靜態(tài)電流，有助于延長系統(tǒng)電池壽命。

審核編輯：郭婷