上電復(fù)位和相關(guān)監(jiān)控功能

本文介紹上電復(fù)位的功能以及與單電源和雙電源處理器一起使用時(shí)選擇其閾值電壓的策略。然后討論手動(dòng)復(fù)位以及電源故障和低壓線路信號(hào)。本文演示了為什么避免離散 POR 和處理器內(nèi)部的 POR。最后，對(duì)電壓排序、電壓跟蹤和復(fù)位排序進(jìn)行了解釋。

上電復(fù)位 （POR） 的一項(xiàng)任務(wù)是確保處理器在首次通電時(shí)從已知地址啟動(dòng)。為了完成該任務(wù)，POR 邏輯輸出在處理器電源首次打開(kāi)時(shí)使處理器保持復(fù)位狀態(tài)。POR的第二個(gè)任務(wù)是防止處理器從該已知地址開(kāi)始運(yùn)行，直到發(fā)生三個(gè)事件：系統(tǒng)電源穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)乃?處理器的時(shí)鐘已建立;并且內(nèi)部寄存器已正確加載。POR 通過(guò)板載計(jì)時(shí)器完成第二項(xiàng)任務(wù)，該計(jì)時(shí)器在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)繼續(xù)將處理器保持在復(fù)位狀態(tài)。該計(jì)時(shí)器在處理器的電源達(dá)到特定電壓閾值后觸發(fā)。經(jīng)過(guò)設(shè)定的時(shí)間后，定時(shí)器失效，導(dǎo)致POR輸出變?yōu)榉腔顒?dòng)狀態(tài)，從而使處理器退出復(fù)位并開(kāi)始運(yùn)行（圖1）。處理器的數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)定了定時(shí)器延遲所需的持續(xù)時(shí)間。順便說(shuō)一下，定時(shí)器是POR與電壓檢測(cè)器的區(qū)別，電壓檢測(cè)器也檢測(cè)電壓閾值，但不對(duì)事件進(jìn)行計(jì)時(shí)。

圖1.POR使處理器保持復(fù)位狀態(tài)，直到電源電壓超過(guò)POR閾值和特定的延遲周期 已過(guò)去。

POR的卓越抗噪性（在監(jiān)視處理器時(shí)是必需的）也使其與電壓檢測(cè)器區(qū)分開(kāi)來(lái)。這是因?yàn)楫?dāng)電源上出現(xiàn)小而快速的毛刺時(shí)，POR不應(yīng)發(fā)出復(fù)位，因?yàn)樘幚砥鞅旧聿粫?huì)對(duì)此類毛刺做出反應(yīng)。但是，長(zhǎng)時(shí)間的小故障和持續(xù)時(shí)間短或長(zhǎng)的大故障都可能導(dǎo)致處理器出現(xiàn)問(wèn)題。因此，最好的方法是使用POR來(lái)檢查電源電壓干擾的大小和持續(xù)時(shí)間，以確定何時(shí)置位復(fù)位。目的是鏡像處理器自身的行為，并僅在需要時(shí)斷言重置，因?yàn)槿绻幚砥鞴ぷ髡?，則重置處理器是沒(méi)有意義的。圖2是MAX6381/MAX6382數(shù)據(jù)資料中的圖表，詳細(xì)介紹了觸發(fā)復(fù)位所需的電源電壓干擾幅度/持續(xù)時(shí)間。該圖說(shuō)明，當(dāng)被監(jiān)控電源低于規(guī)定門限6381mV至少6382ms時(shí)，MAX100/MAX10發(fā)出復(fù)位信號(hào)。

圖2.POR是否產(chǎn)生復(fù)位取決于毛刺的幅度和持續(xù)時(shí)間。

如果電源電壓恢復(fù)到閾值以上，則 POR定時(shí)器允許復(fù)位信號(hào)僅在以下時(shí)間后取消置位 規(guī)定的間隔。

某些處理器提供雙向復(fù)位引腳 — 引腳 不僅可以接收復(fù)位信號(hào)，還可以 傳輸一個(gè)。乍一看，帶有開(kāi)漏的 POR 在這種情況下，似乎需要輸出。 但是，其他注意事項(xiàng)適用，因?yàn)?處理器必須確定是它還是外部設(shè)備 已啟動(dòng)重置。專門為此類 情況是必要的（參見(jiàn)MAX6314數(shù)據(jù)資料）。

確定 POR 閾值電壓 - 單電源處理器

確定正確的 POR 閾值水平和 該級(jí)別所需的精度經(jīng)常被誤解。 為了闡明這些任務(wù)，假設(shè)處理器是 用于保證在 3.3V 電壓下精確工作 ±0.3V 電源電壓 - 具體而言，從 3.00V 到 3.60V. 電路板設(shè)計(jì)人員在以下情況下遵循以下兩種策略之一 選擇閾值電壓。

一種策略是確保3.3V的容差 供應(yīng)足夠緊張，因此他們可以使用帶有 閾值加上完全保持在 ±0.3V范圍。在這種情況下，POR 閾值位于 介于供應(yīng)范圍的低端（±3%）和 處理器允許電壓范圍的下限 （圖3a）。在此策略下，POR不會(huì)發(fā)行 電源在容差范圍內(nèi)時(shí)的復(fù)位。然而， 當(dāng)電源電壓 低于其容差水平，并保持在 保證處理器運(yùn)行的范圍 正確。這可確保在 處理器可能在低于其 保證運(yùn)營(yíng)水平。

圖3.要確保處理器在電源電壓低于電源的指定電壓范圍且高于處理器允許電壓范圍的底部時(shí)復(fù)位，請(qǐng)選擇 POR 閾值，如圖 3a 所示。但是，選擇低于處理器允許電壓范圍的 POR 閾值（圖 3b）可以保證復(fù)位不會(huì)在該范圍內(nèi)的任何地方發(fā)生，并允許使用容差更寬松的電源。

此策略的合適 POR 選擇是 MAX6381的門限范圍為3.00V至3.15V 過(guò)溫（圖3a）。包含此 POR 后， 處理器將在電源降至其以下后重置 指定電壓范圍，但在電源降至以下之前 處理器的指定電壓范圍。另外，鑒于 門限范圍的上限為3.15V，復(fù)位 當(dāng)電源在其允許范圍內(nèi)時(shí)，不會(huì)發(fā)生 范圍。但是，通過(guò)邊緣的電壓下降 連接電源電壓的連接器和電路板走線 處理器上可能導(dǎo)致處理器上的電壓 降至3.15V以下。在這種情況下，可能會(huì)發(fā)生重置 即使電源電壓在規(guī)格范圍內(nèi)。一個(gè) 更嚴(yán)格的公差供應(yīng)或更嚴(yán)格的公差 POR 閾值或兩者兼而有之是必要的。

這種設(shè)計(jì)方法更容易受到電源的影響 毛刺和噪聲，因?yàn)殡娫措妷嚎赡?相當(dāng)接近 POR 閾值（取決于 POR閾值和電源電壓在其容差范圍內(nèi)）。 因此，此方法適用于系統(tǒng) 將毛刺和噪聲降至最低，并提供電源 公差很嚴(yán)格。

一些電路板設(shè)計(jì)人員采用第二種不同的策略 選擇 POR 閾值水平時(shí)。他們雇用 POR 閾值低于處理器的保證 工作電壓（在本例中為 3.00V）。這允許 處理器可在 允許的電壓，不會(huì)遇到復(fù)位。它還 允許更寬松的容差電源。這些設(shè)計(jì)師 假設(shè)在上電期間，電源 供應(yīng)將繼續(xù)上升到POR閾值水平以上 并在其指定的電壓范圍內(nèi)建立（3.20V 至 3.40V，在這種情況下）。預(yù)計(jì)這將在很久之前發(fā)生 POR 計(jì)時(shí)器超時(shí)，處理器開(kāi)始 操作。通常，設(shè)計(jì)人員使用電源就緒信號(hào) 由一些電源提供，以保證電源 在其指定范圍內(nèi)運(yùn)行。

這些設(shè)計(jì)師并不關(guān)心 掉電條件。如果發(fā)生掉電，則 處理器可能遇到電源電壓下降的情況 低于其最低保證工作電壓，但 短暫高于 POR 閾值水平（低于 POR將生成重置）。通電時(shí) 通過(guò)該范圍內(nèi)的電源電壓，處理器可以 操作錯(cuò)誤。

與在處理器的 允許的電源電壓范圍，第二種方法是 更適合那些出現(xiàn)故障和 噪聲往往更大，因?yàn)镻OR閾值和 電源電壓相距更遠(yuǎn)。如前所述 以上，這也允許更寬容差的電源。

具有閾值范圍的MAX6381版本 2.85V至3.0V的整個(gè)溫度是一個(gè)不錯(cuò)的選擇， 因?yàn)殚撝档陀?處理器的允許范圍（圖3b）。一個(gè)也可以 使用容差大于此容差的電源 如圖 3 所示。

電路板設(shè)計(jì)人員偶爾會(huì)定位自己的權(quán)力 電源的標(biāo)稱電壓接近 處理器的允許范圍，以降低功耗。 這樣做可能非常有效，因?yàn)楣β?消耗與電源的平方成正比 電壓。給定允許的3.0V至3.6V范圍 處理器電壓，3.15V ±2% 電源為 適合，前提是沒(méi)有明顯的壓降 通過(guò)連接 供應(yīng)給處理器。MAX6381 POR，帶 2.85V至3.0V閾值電壓范圍是合適的 選擇，如果噪音水平足夠低 防止錯(cuò)誤重置。

確定 POR 閾值電壓 — 雙電源處理器

如果處理器需要另一個(gè)電源（例如，1.8V 內(nèi)核） 電源）除了3.3V電源外，則設(shè)計(jì)可以 要求使用監(jiān)視兩個(gè)電壓的 POR。這種類型的 POR僅在兩個(gè)電源均高于時(shí)解除其復(fù)位 POR的兩個(gè)相應(yīng)閾值和所需的閾值 超時(shí)期限已過(guò)。監(jiān)控兩個(gè)、三個(gè)、 并提供四種電壓。

監(jiān)視多個(gè)時(shí)，相同的選擇適用 電源或單個(gè)電源。對(duì)于雙電源情況（例如， 3.3V和1.8V），可以選擇使用一個(gè)帶兩個(gè)的POR。 高于或低于處理器閾值的閾值 最低保證工作電壓。此外，人們可以 使用低于保證操作的閾值 3.3V I/O電源的電壓和另一個(gè)閾值 高于 1.8V 的保證工作電壓 核心供應(yīng)。一些電路板設(shè)計(jì)人員選擇后者 策略，因?yàn)橛袝r(shí)處理器的核心是 比其 I/O 對(duì)低 電源電壓。

內(nèi)核電源電壓持續(xù)下降 時(shí)間，從而降低POR閾值電壓 變得必要。MAX6736系列器件 提供低至 788mV 的門限，無(wú)需外部 電阻，使用外部電阻時(shí)低至 488mV。 這些閾值足夠低，可以監(jiān)控大多數(shù)現(xiàn)代 核心電壓。

對(duì)于低成本系統(tǒng)，一些電路設(shè)計(jì)人員選擇： 如果 3.3V 電源 從中衍生而來(lái)。他們假設(shè)如果1.8V電源 達(dá)到正確的電壓，3.3V電源將隨之而來(lái)。 對(duì)于需要更高可靠性的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)人員通常 決定監(jiān)視這兩個(gè)電源。

手動(dòng)復(fù)位

在 電源電壓保持在容差范圍內(nèi)。不但 這個(gè)功能是用于調(diào)試和最終測(cè)試的，它是 當(dāng)處理器鎖定時(shí)也很有價(jià)值 - 它允許 處理器在不關(guān)閉電源的情況下重新啟動(dòng)。這 功能對(duì)那些具有以下特征的產(chǎn)品特別有用 永不斷電的處理器。它很常見(jiàn) 開(kāi)/關(guān)開(kāi)關(guān)，僅喚醒/掛起處理器 無(wú)需關(guān)閉處理器電源。

雖然是來(lái)自 I/O 線的邏輯信號(hào)，但看門狗 定時(shí)器或電源故障輸出通常會(huì)啟動(dòng)手動(dòng) 復(fù)位時(shí)，也可以使用按鈕開(kāi)關(guān)。什么時(shí)候 按下，這種類型的開(kāi)關(guān)通常會(huì)反彈，打開(kāi) 并在適當(dāng)?shù)陌差D之前關(guān)閉幾次 州。因此，大多數(shù)手動(dòng)復(fù)位輸入包括 去抖動(dòng)電路，忽略由 按鈕開(kāi)關(guān)。

離散 POR 和內(nèi)部 POR 處理器

使用由電阻器和電容器創(chuàng)建的分立 POR （圖4a）是一個(gè)冒險(xiǎn)的命題。漲跌越長(zhǎng) 這種類型的 POR 的輸出時(shí)間可以創(chuàng)建 某些處理器的問(wèn)題，尤其是那些重置處理器的問(wèn)題 輸入不包括施密特觸發(fā)器，適用于 雙向復(fù)位引腳。添加施密特觸發(fā)器會(huì)有所幫助 前一種情況，但也可能導(dǎo)致成本、空間和 啟動(dòng)問(wèn)題。

圖4.分立式 R/C POR （圖 4a） 對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)不夠可靠。在某些情況下，在電路中添加二極管 （圖4b）糾正了快速電源循環(huán)問(wèn)題和 提高電路性能。

使用離散 POR 時(shí)會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題 以及電源，在通電時(shí)緩慢上升 相對(duì)于 POR 時(shí)間常數(shù)。處理器可以 在它穩(wěn)定下來(lái)之前就從重置中出來(lái)。自 防止這個(gè)問(wèn)題，R/C電路的時(shí)間常數(shù) 可能需要增加。此外，一些制造商 其處理器包括內(nèi)部 POR，推薦 將 R/C（加上下面描述的二極管）添加到 如果電源緩慢啟動(dòng)，則重置輸入。

如果電源在通電后有毛刺，則 R/C 電路可能會(huì)過(guò)濾該毛刺，從而防止復(fù)位 發(fā)生。此外，如果電源下降，則 處理器的復(fù)位引腳可能保持高于其 VIH, 這太高而無(wú)法發(fā)生重置。這可能會(huì)發(fā)生 即使電源已降至處理器的以下 最低保證工作電壓。這種情況會(huì)發(fā)生 因?yàn)閺?fù)位引腳的 VIH通常低于 處理器的最低保證工作電壓。 如果電源關(guān)閉并且 然后快速再次開(kāi)啟 — 電容器可能沒(méi)有足夠的電容 在電源重新打開(kāi)之前放電的時(shí)間。

通過(guò)添加二極管（圖 4b），R/C 電路可以 響應(yīng)毛刺，因?yàn)槎O管會(huì)快速放電 出現(xiàn)毛刺時(shí)的電容器。故障必須 足夠大，以將復(fù)位引腳上的電壓降至 V伊利諾伊州（分鐘）。此外，前面列出的其他問(wèn)題 對(duì)于沒(méi)有二極管的 R/C 電路，可能會(huì) 困擾著這個(gè)電路。但是，有時(shí)二極管確實(shí)會(huì)固定 快速循環(huán)電源時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題 等等。

使用集成的 POR 對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)最有意義 設(shè)備，因?yàn)樵撛O(shè)備不會(huì)產(chǎn)生這些問(wèn)題。

使用處理器內(nèi)部的 POR 也會(huì)導(dǎo)致困難。 這些 POR 經(jīng)常存在不準(zhǔn)確之處，并且可能 在較低電壓下出現(xiàn)問(wèn)題。此外，一些 內(nèi)部POR設(shè)置為在上電期間提供復(fù)位， 但當(dāng)電源電壓在 掉電條件。一些制造商建議添加 適應(yīng)該條件的分立電路。

最后，由多個(gè)電源供電的系統(tǒng)可能會(huì)造成 內(nèi)部 POR 的另一個(gè)問(wèn)題。例如，您 內(nèi)部 POR 超時(shí)時(shí)可能會(huì)遇到問(wèn)題 周期適用于其處理器，但不適用于外部處理器 電源電壓上升的電路（例如存儲(chǔ)器） 更慢。在這種情況下，解決方案將是外部 具有較長(zhǎng)延遲時(shí)間的 POR，可同時(shí)監(jiān)控 處理器和外部電路電源。

電源故障和低線信號(hào)

包括電源故障或低線路的監(jiān)控電路 信號(hào)警告處理器掉電或通電 失敗迫在眉睫。當(dāng)這些信號(hào)中的任何一個(gè)中斷時(shí) 處理器，處理器可以進(jìn)入掉電狀態(tài) 常規(guī)。此例程會(huì)導(dǎo)致處理器停止其 當(dāng)前活動(dòng)并在 POR 將處理器置于重置狀態(tài)。

要?jiǎng)?chuàng)建電源故障信號(hào)，管理引擎的電源故障 比較器監(jiān)視未穩(wěn)壓的直流電壓（或一些 其他上游穩(wěn)壓）。該電壓為 穩(wěn)壓器，為處理器和監(jiān)控器供電 電路。未穩(wěn)壓電壓在 穩(wěn)壓器的電壓，因?yàn)榉€(wěn)壓器的輸出 電容器保持其輸出電壓（圖 5）。因此，一個(gè) 未穩(wěn)壓的下降表示可能下降 在穩(wěn)壓器的電壓中。檢測(cè)跌落并中斷 處理器允許處理器輸入其 復(fù)位前的斷電例程（如果電源） 電壓要降得足夠低。

圖5.MAX6342中的電源故障比較器通過(guò)監(jiān)測(cè)未穩(wěn)壓直流電源是否壓降來(lái)產(chǎn)生電源故障信號(hào)（PFO-bar）。

當(dāng)無(wú)法訪問(wèn)未調(diào)節(jié)電壓（或 上游穩(wěn)壓），處理器仍可接收 即將發(fā)生電源故障的警告。那個(gè)警告 可能來(lái)自提供低線的主管 信號(hào)，每當(dāng)監(jiān)控電源時(shí)激活 電源降至略高于復(fù)位門限的水平 （例如，150mV以上）。因此，低線信號(hào)警告 電源電壓可能降低的處理器 足以導(dǎo)致 POR 發(fā)出重置。在這里，與 電源故障比較器的信號(hào)，處理器備份 預(yù)期POR生成的重要數(shù)據(jù) 由于掉電或電源故障而復(fù)位。

電壓排序和電壓跟蹤

大多數(shù)處理器數(shù)據(jù)手冊(cè)由兩個(gè)電源供電 指定供應(yīng)的出現(xiàn)順序。 MAX6819/MAX6820等器件可以對(duì) 以適當(dāng)?shù)捻樞蚬?yīng)。如果處理器的電源 順序不正確，處理器可能會(huì)閂鎖， 啟動(dòng)不正確，或承受長(zhǎng)期可靠性下降。 有時(shí)，各種電源電壓不是 本地生成（例如，它們來(lái)自主系統(tǒng) 公共汽車、外部購(gòu)買的銀盒或用品 不包括使能和電源就緒引腳，這些引腳有助于 排序）。在這種情況下，通電和關(guān)機(jī) 測(cè)序可能難以控制或預(yù)測(cè)，因此 需要電壓排序IC。這種類型的 當(dāng)電阻和電容不同時(shí)，也需要IC 負(fù)載影響各種 用品。這使得很難預(yù)測(cè)順序 電源上下電。

對(duì)兩個(gè)電源進(jìn)行排序的獨(dú)特方法是 在MAX6741/MAX6744中。這些設(shè)備工作 首先允許一個(gè)電源上電。然后，在 延遲期間，它們?cè)试S第二個(gè)電源 通過(guò)發(fā)出電源就緒信號(hào)來(lái)通電，該信號(hào)需要 電源關(guān)閉。在兩個(gè)供應(yīng)都啟動(dòng)后，并且 另一個(gè)時(shí)間延遲過(guò)去了，MAX6741/MAX6744 復(fù)位信號(hào)取消置位。

某些處理器要求兩個(gè)電源跟蹤每個(gè)電源 其他在通電期間。在這種情況下，MAX5039/MAX5040可以通過(guò)箝位實(shí)現(xiàn)跟蹤 一起供電，直到低壓電源達(dá)到其 最終電壓。此時(shí)，高壓電源 自由地繼續(xù)到其最終電壓。

重置排序

當(dāng)電路包含兩個(gè)處理器時(shí)，通常一個(gè)處理器 處理器必須在第二個(gè)之前退出復(fù)位。 以前，電路板設(shè)計(jì)人員將兩個(gè) POR 連接在一起以 處理此要求。第一個(gè) POR 的輸出兩者 復(fù)位第一個(gè)處理器并控制手動(dòng)復(fù)位 秒的輸入。第二個(gè) POR 輸出復(fù)位 第二個(gè)處理器（或在某些情況下，內(nèi)存）。 目前，具有時(shí)間交錯(cuò)復(fù)位輸出的雙 POR 是 可用于此任務(wù)（圖 6）。這些 POR 斷言兩者 每當(dāng)主電源電壓（3.3V，輸入）時(shí)復(fù)位輸出 圖 6） 偏離 POR 內(nèi)部設(shè)置的閾值。 （從屬 POR 在主節(jié)點(diǎn)之前稍稍斷言。一次 電源返回高于此閾值，是兩個(gè)閾值之一 復(fù)位輸出在其計(jì)時(shí)器超時(shí)后取消斷位 （圖1中的/RESET6）。對(duì)于第二個(gè) POR 啟動(dòng)其 定時(shí)器并取消斷言其輸出，必須滿足兩個(gè)條件： /復(fù)位有效必須取消置位;和從電源電壓， 由第二個(gè) POR 監(jiān)控，必須高于閾值 由外部電阻器設(shè)置。如果電源電壓相同供電 兩個(gè)處理器，RSTIN2可以直接連接到 電源而不是使用分壓器。

圖6.該電路通過(guò)監(jiān)視為兩個(gè)處理器供電的電源，允許主處理器在從機(jī)之前退出復(fù)位狀態(tài)。

對(duì)于圖6392所示的MAX6，第二個(gè)POR 輸出總是在第一個(gè)輸出后復(fù)位出來(lái)。在 事實(shí)上，它從重置中出來(lái)的指定時(shí)間是 從第一個(gè)輸出取消斷言的時(shí)間開(kāi)始測(cè)量。 因此，圖6電路迫使從處理器 主處理器啟動(dòng)后退出復(fù)位 經(jīng)營(yíng)。第二個(gè)POR延遲時(shí)間可以增加 通過(guò)在IC上增加一個(gè)電容器。

如果需要對(duì)三個(gè)處理器進(jìn)行排序，DS1830可以 被考慮。該設(shè)備中的三個(gè) POR 工作 最小復(fù)位周期為 10ms、50ms 和 100ms 從電源電壓越過(guò) POR 時(shí)起 門檻。單個(gè)邏輯引腳允許乘以這些 將周期重置為兩倍或五倍。

結(jié)論

雖然選擇合適的微處理器監(jiān)控器 正確操作它通常很簡(jiǎn)單， 這項(xiàng)工作的某些方面可能需要仔細(xì) 規(guī)劃。開(kāi)機(jī)復(fù)位就是這種情況。選擇 兩種功率的正確電壓和容差 電源和POR閾值需要一些思考。 此外，值得考慮的是更新的設(shè)備 滿足處理器要求，如多電壓 復(fù)位、復(fù)位時(shí)序、電源時(shí)序和 電壓跟蹤。

審核編輯：郭婷