向CPU監(jiān)控器電壓檢測(cè)輸入添加遲滯，監(jiān)控上游電源的電源故障警告

任何嵌入式設(shè)計(jì)中最重要的功能之一是確保正確保存重要數(shù)據(jù)，并在電源故障時(shí)系統(tǒng)達(dá)到安全/已知狀態(tài)。具有電壓檢測(cè)輸入的CPU監(jiān)控器可以監(jiān)控上游電壓電源，并向微處理器提供警告信號(hào)，指示電源故障。這允許微處理器有時(shí)間保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并在CPU監(jiān)控器（也將監(jiān)視處理器的電源）重置處理器之前達(dá)到安全/已知狀態(tài)。本應(yīng)用筆記介紹了如何在上游電源的跳變電平上增加遲滯，以防止電源故障警告信號(hào)因噪聲而顫振。該電路為生產(chǎn)復(fù)雜的電源監(jiān)控系統(tǒng)提供了很好的工具，有助于產(chǎn)生魯棒的嵌入式設(shè)計(jì)。

CPU 管理引擎基礎(chǔ)知識(shí)

基本 CPU 管理引擎監(jiān)視處理器的 VCC，并在 VCC 降至預(yù)定級(jí)別 VCCTP 以下時(shí)重置處理器。VCCTP通常比標(biāo)稱VCC值低5-20%。此功能可防止處理器在 VCC 低于處理器的指定電源電壓范圍時(shí)運(yùn)行。大多數(shù) CPU 監(jiān)控器還提供復(fù)位延遲，在 VCC 達(dá)到其指定值后，處理器的復(fù)位線保持活動(dòng)狀態(tài)幾毫秒。這允許在向處理器通電后，復(fù)位在短時(shí)間內(nèi)保持活動(dòng)狀態(tài)，以便外設(shè)準(zhǔn)備好進(jìn)行通信，并且它為電源提供了在處理器開始執(zhí)行之前穩(wěn)定的機(jī)會(huì)。

這些功能本身有助于產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)大的電力監(jiān)控系統(tǒng);但是，由于電源故障，仍然會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)閺?fù)位線將在V后立即設(shè)置為活動(dòng)狀態(tài)抄送低于 VCCTP.由于沒(méi)有警告信號(hào)允許處理器保存重要數(shù)據(jù)并達(dá)到安全狀態(tài)，因此無(wú)法確保系統(tǒng)已準(zhǔn)備好進(jìn)行復(fù)位。

電壓檢測(cè)輸入

CPU監(jiān)控器內(nèi)的電壓檢測(cè)輸入是具有內(nèi)部溫度和電壓補(bǔ)償基準(zhǔn)的比較器。內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（參考電壓為 V裁判在下面的公式中）通常為1.25V或2.5V。通過(guò)將電壓檢測(cè)輸入與外部分壓器一起使用，監(jiān)控器可以提供可調(diào)節(jié)的跳閘電平監(jiān)視器，可以檢測(cè)高電壓。圖1所示為無(wú)遲滯的經(jīng)典電壓監(jiān)控器。在該電路中，每當(dāng)V時(shí)，不可屏蔽的中斷輸出（“NMI-bar”）被置位在低于 V在跳閘級(jí)別（V英特普） 使用公式 1 計(jì)算。

圖1.經(jīng)典的電壓檢測(cè)電路。

在利用穩(wěn)壓器從上游電源生成微處理器VCC的系統(tǒng)中，可以使用具有電壓檢測(cè)輸入的CPU監(jiān)控器來(lái)監(jiān)控上游電源。當(dāng)上游電源的電壓開始下降時(shí)，會(huì)在微處理器的穩(wěn)壓器輸出超出規(guī)格之前檢測(cè)到。這為微處理器準(zhǔn)備即將發(fā)生的電源故障提供了時(shí)間。

在達(dá)拉斯半導(dǎo)體的CPU監(jiān)控器上，電壓檢測(cè)輸入通常標(biāo)記為IN，其相應(yīng)的輸出（旨在路由到微處理器的不可屏蔽中斷輸入）標(biāo)記為“NMI-bar”。應(yīng)該注意的是，這些設(shè)備的“NMI-bar”輸出并不總是互補(bǔ)輸出。例如，DS1831具有漏極開路輸出，在“RST-bar”和“NMI-bar”上都需要一個(gè)上拉電阻。有關(guān)帶電壓檢測(cè)輸入的監(jiān)控器列表，請(qǐng)參見(jiàn)圖2。

向CPU監(jiān)控器電壓檢測(cè)輸入添加遲滯

達(dá)拉斯半導(dǎo)體CPU監(jiān)控器上的電壓檢測(cè)輸入不提供任何內(nèi)部遲滯，但通過(guò)增加一個(gè)反饋電阻（如圖3所示），可以增加遲滯。等式 2 和 3 計(jì)算 V在具有附加滯后的跳變點(diǎn)。電壓高于 VINTP_PG將導(dǎo)致“NMI-bar”被取消斷言，因?yàn)殡娫刺幱谧銐虻乃?。電壓低?VINTP_PF將斷言“NMI-bar”以指示電源故障。公式4計(jì)算反饋電阻增加到電路中的遲滯量。這表明減小反饋電阻的值會(huì)增加遲滯量。圖4顯示了作為V函數(shù)的遲滯在.

圖3.帶遲滯的高壓監(jiān)視器。

圖4.“NMI-bar”輸出滯后作為V的函數(shù)在.

示例電路顯示MAX1615穩(wěn)壓器，配置為使用5/“3 bar”輸入提供5.0V電源。穩(wěn)壓器的電壓輸入VIN由DS1707的電壓檢測(cè)輸入（DS1707的VREF = 1.25V，典型值）監(jiān)視。DS1707由圖3所示電阻配置，允許在VIN > VINTP_PG = 8.32V時(shí)工作。當(dāng) VIN < VINTP_PF = 8.04V 時(shí)，“NMI-bar”輸出將被置位，以通知處理器 VIN 電源出現(xiàn)故障。該設(shè)置提供280mV的遲滯，以防止“NMI-bar”輸出在VIN可能具有中等噪聲的情況下長(zhǎng)時(shí)間保持在監(jiān)控跳變點(diǎn)附近時(shí)抖動(dòng)。除了監(jiān)測(cè)VIN外，DS1707還監(jiān)測(cè)MAX1615的輸出（VCC），以確保其保持在DS1707的5.0V 10%跳變電平之上。

處理“NMI-bar”中斷

在這種情況下，“NMI-bar”中斷的目的是確保處理器在上游電源發(fā)生故障時(shí)正常關(guān)閉自身，這最終將導(dǎo)致 3.3V/5V 電源發(fā)生故障。一種簡(jiǎn)單的方法是保存應(yīng)用程序的所有數(shù)據(jù)，使應(yīng)用程序進(jìn)入安全狀態(tài)，并停止執(zhí)行，直到電源恢復(fù)。圖 5 顯示了完成此任務(wù)的偽代碼。

圖5.“NMI-bar”中斷服務(wù)例程的偽代碼

保存應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)

關(guān)機(jī)應(yīng)用程序（將系統(tǒng)置于安全關(guān)機(jī)狀態(tài)，通知用戶等）

如果（“NMI-bar”> = 1）
則電源已恢復(fù)：從上次中斷的位置繼續(xù)執(zhí)行或重新啟動(dòng)應(yīng)用程序
否則 上行功率仍低于跳閘電平：繼續(xù)輪詢“NMI-bar”，直到 3.3V/5V 電源故障或上游功率回升至跳閘電平以上。

如圖5所示，可以輪詢“NMI-bar”引腳以確定電源是否已恢復(fù)或仍低于跳變電平（VINTP_PG).如果它低于行程水平，它可以表示 V在仍在下降，但處于足夠高的電壓水平，穩(wěn)壓器可以保持V抄送，或者電源處于“變電”狀態(tài)。如果下降得足夠遠(yuǎn)，穩(wěn)壓器將無(wú)法再提供V抄送到DS1707容差范圍內(nèi)的系統(tǒng)，這將復(fù)位處理器。如果上游功率回升至以上（VINTP_PG），應(yīng)用程序可以從頭開始重新啟動(dòng)，也可以從中斷的位置重新啟動(dòng)，具體取決于系統(tǒng)的要求。在對(duì)該算法進(jìn)行編程時(shí)要記住的關(guān)鍵事項(xiàng)是情況的時(shí)機(jī)。當(dāng)電源故障時(shí)，處理器保存數(shù)據(jù)并達(dá)到安全狀態(tài)所需的時(shí)間將取決于系統(tǒng)。因此，該算法應(yīng)盡可能短，并經(jīng)過(guò)廣泛測(cè)試，以確保該例程在DS1707關(guān)斷應(yīng)用之前關(guān)閉應(yīng)用并輪詢“NMI-bar”引腳，因?yàn)閂抄送失敗了。

結(jié)論

遲滯可以通過(guò)利用反饋電阻器添加到任何電壓檢測(cè)輸入。如果輸入電壓懸停在跳變點(diǎn)附近，遲滯可防止CPU監(jiān)控器的“NMI-bar”輸出因噪聲而顫振。這提高了“NMI-bar”輸出信號(hào)的質(zhì)量，該信號(hào)用作電源故障的預(yù)警。當(dāng)處理器收到“NMI-bar”中斷時(shí)，它可以保存關(guān)鍵數(shù)據(jù)并達(dá)到定義的狀態(tài)，然后隨著電壓繼續(xù)下降而最終復(fù)位。通過(guò)允許處理器在電源故障之前每次達(dá)到相同的安全狀態(tài)，電源故障情況下的系統(tǒng)行為變得可預(yù)測(cè)且可靠。

審核編輯：郭婷