電壓監(jiān)控器IC的來龍去脈

最近有人問我，什么樣的應(yīng)用需要電壓監(jiān)控器？一個(gè)愚蠢的問題。所有應(yīng)用都需要一個(gè)主管。當(dāng)然，任何帶有處理器的設(shè)計(jì)——這幾乎是所有設(shè)計(jì)。當(dāng)該處理器的電源低于規(guī)格時(shí)，該處理器可能會(huì)開始非常奇怪地運(yùn)行。所有工程師都憎惡由此導(dǎo)致的災(zāi)難性設(shè)計(jì)失敗的想法，在某些情況下，這可能是一個(gè)嚴(yán)重的安全問題。

即使設(shè)計(jì)沒有MCU，EE也不希望他們的電路在電源下垂但不會(huì)消失時(shí)陷入愚蠢的狀態(tài)。想想看，我們?nèi)祟悜?yīng)該有一個(gè)電壓監(jiān)控器。

這些設(shè)備有許多不同的功能值得研究。貿(mào)澤列出了15，789個(gè)“監(jiān)控電路”，安富利在其目錄中提供了16，904個(gè)。但不要害怕，這些數(shù)字被同一基本設(shè)備的許多版本大大夸大了。有幾個(gè)重要的變化需要考慮。

那么，我們尋找什么規(guī)格？

要考慮的第一個(gè)規(guī)格可能是通道數(shù)。對于許多便攜式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，單個(gè)電源只需要一個(gè)通道。另一方面，有12個(gè)通道的單芯片。甚至還有監(jiān)控 32 個(gè)電源軌的——用于什么應(yīng)用，我真的無法想象。這些多通道IC有的具有單個(gè)復(fù)位輸出，有些則具有每個(gè)通道的輸出。

如果設(shè)計(jì)有兩個(gè)電源軌，最好使用兩個(gè)單通道器件。它們價(jià)格低廉，極小，可以大大簡化PCB布局，這也將最大限度地減少長走線的噪聲拾取。另一方面，如果電源電路在布局中彼此相鄰，則雙、三或四監(jiān)控器將是最有效的。

最明顯的規(guī)格是復(fù)位電壓或閾值。這取決于標(biāo)稱電源電壓減去電源容差（通常為 5% 或 10%），再加上監(jiān)控器容差和一個(gè)小的保護(hù)帶。因此，降至其3%容差的3.5V電源電壓為3.135V。如果主管的準(zhǔn)確率為 ±1%，我們將添加它，然后放入 1% 的保護(hù)帶。然后復(fù)位將為3.07V標(biāo)稱值。重要的是要進(jìn)行測試，以確保設(shè)計(jì)中的每個(gè)器件在這種低電壓下都能正常工作。

監(jiān)控器的閾值電壓低至 0.4V。在這些低電壓下，必須特別小心以避免耦合噪聲問題。噪聲可以從相鄰變壓器或RF電路或外部源耦合到PCB走線中。

許多監(jiān)控器在出廠時(shí)已設(shè)置，并通過部件號后綴提供大量跳閘閾值電壓。例如，單通道MAX16140提供32.1V至70.3V的25種選擇。一些主管是可調(diào)的或可調(diào)整的。設(shè)定點(diǎn)精度是一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。MAX16140在室溫下的精度為±1%，在-1°至5°C范圍內(nèi)具有±40.125%的精度。 有些設(shè)備差到3.5%。

要考慮的操作功能

對于所有這些器件，通常，當(dāng)監(jiān)控器輸入端的監(jiān)控電壓低于工廠調(diào)整的閾值時(shí)，將置位復(fù)位輸出。在輸入電壓返回閾值以上后，復(fù)位將維持一個(gè)可指定的最小超時(shí)周期。此延遲超時(shí)通常約為 200ms，但范圍為 5μs 至 2s 或更長時(shí)間。此超時(shí)將因故障條件和系統(tǒng)上電期間發(fā)生。

例如，單通道MAX16140具有超時(shí)延遲周期器件號選項(xiàng)，用于217μs至2，000ms的0個(gè)值。該芯片采用微型 78.0mm x 78.0mm x 5.4mm 370 焊球 WLP 封裝。該器件的一大優(yōu)勢是其極低的電源電流，非常適合電池供電設(shè)計(jì)。標(biāo)稱電源電流僅為<>na。它還具有去抖動(dòng)復(fù)位按鈕輸入，可設(shè)置為低電平有效或高電平或邊沿觸發(fā)。

在大多數(shù)監(jiān)控器上，可以選擇輸出類型。我更喜歡高電平有效、漏極開路輸出，該輸出將連接到MCU復(fù)位輸入上的上拉電阻。可以在許多監(jiān)控器IC中選擇推挽式或漏極開路輸出配置。

其他監(jiān)控選項(xiàng)

另一個(gè)示例IC是 MAX16134三路窗口電壓監(jiān)控器，可監(jiān)視欠壓和過壓情況（圖2）。它具有三個(gè)獨(dú)立的集電極開路輸出，并在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有±1%的閾值精度。該芯片的 SOT23-8 封裝占用空間很小，提供三種受監(jiān)控電源電壓的 17 種組合。

圖2.MAX16132/33/34/35電壓監(jiān)控器的簡化框圖

其中許多IC提供硬件看門狗定時(shí)器，通常由MCU的一個(gè)輸出位控制。MAX16155就是一個(gè)很好的例子。這款單通道 IC 提供看門狗和超低功耗，典型值僅為 400na（-900oC 至 40oC 范圍內(nèi)最大值為 125na），工作電源范圍為 1.2V 至 5.5V。它還具有一個(gè)邏輯輸入，將禁用看門狗功能。IC的閾值精度為±2.5%。

某些應(yīng)用需要對外部RAM的電池備份支持，以便在發(fā)生掉電時(shí)，RAM數(shù)據(jù)在MCU復(fù)位時(shí)受到保護(hù)。MAX6364就是一個(gè)例子（圖3）。當(dāng)V時(shí)，芯片的復(fù)位輸出變?yōu)楦唠娖匠偷陀趶?fù)位閾值，在 V 后至少持續(xù) 150ms抄送升至 V 以上千.并且，當(dāng) V抄送低于復(fù)位閾值，BATT 輸入連接到 OUT 為存儲器供電——只要 VBATT 至少比 V 大 20mV抄送.輸出電流可以是20mA連續(xù)的。

圖3.帶備用電池的低功耗監(jiān)控電路。

更復(fù)雜的處理器/MCU，以及具有Wi-Fi/網(wǎng)絡(luò)的處理器/MCU，通常需要在上電時(shí)對電源軌進(jìn)行精確排序。使用MAX16042三路排序/監(jiān)控芯片等 IC可以輕松實(shí)現(xiàn)，該芯片具有獨(dú)立的漏極開路輸出和推挽復(fù)位輸出。它將使一個(gè)接一個(gè)電源在上電期間有時(shí)間延遲，并在低于其閾值時(shí)禁用所有電源。電源控制可通過 DC/DC 轉(zhuǎn)換器上的使能引腳或與三個(gè)電源中的兩個(gè)串聯(lián)的功率 MOSFET 完成。

電壓監(jiān)控器種類繁多可能令人望而生畏，但工程師不應(yīng)被嚇倒。了解幾個(gè)關(guān)鍵方面將使您走上這些極其重要的設(shè)備的正確軌道。

審核編輯：郭婷