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作者：ADI? Noel Tenorio，產(chǎn)品應用工程師 Anthony Serquina，產(chǎn)品應用工程師
摘要
本文闡述了高性能電壓監(jiān)控器的價值，討論了其基本定 義、工作原理、技術規(guī)格、拓撲結構和極性。某些高性能 電壓監(jiān)控器旨在幫助基于微處理器的系統(tǒng)提升可靠性，防 止掉電狀況下系統(tǒng)出錯。本文提供了一些示例。
引言
嵌入式系統(tǒng)等需要進行大量計算和數(shù)據(jù)處理的應用，通常使用 微控制器、微處理器和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等器件來執(zhí)行 復雜的計算例程，因為這些器件具有多功能性、高速度和靈 活性。然而，這些推薦使用的器件也存在限制和不同的電源要求，如果在系統(tǒng)開發(fā)的早期階段未加考慮，系統(tǒng)的性能和可靠 性可能會受影響。其中一個限制是掉電狀況下系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障。當電源電壓降至最低工作電壓以下時，微控制器可能會發(fā) 生故障并導致系統(tǒng)出錯。幸運的是，電壓監(jiān)控器專門設計用于 解決這個問題。
本文討論了高性能電壓監(jiān)控器，包括ADI公司產(chǎn)品系列中的一些 產(chǎn)品。本文介紹了電壓監(jiān)控器的功能、輸入和輸出基礎以及高 性能電源監(jiān)控產(chǎn)品的其他基礎知識。
電壓監(jiān)控器定義及其工作原理
電壓監(jiān)控器是一類用于監(jiān)控電壓供應軌的器件，只要滿足監(jiān)控 條件，它就會提供一個可用來執(zhí)行某種操作的輸出。它會檢測被監(jiān)控電壓供應軌是否低于或超過預定義的電壓水平（稱為閾 值）。1 它提供的輸出信號通常稱為復位信號，用于將另一個器 件置于另一種工作模式，例如復位模式或活動模式。對于那些 在特定電壓范圍之外運行會導致錯誤和故障的應用來說，使用 電壓監(jiān)控器也是十分合適的。有時，復位輸出也用于使能和禁 用另一個器件，例如在任何需要一定輸入電壓范圍才能正常運 行的應用中。一個典型的應用例子是使用電壓監(jiān)控器來讓穩(wěn)壓 器正常運行，如圖1a所示。為了確保啟動期間正常運行，LDO穩(wěn) 壓器要求輸入中有足夠的能量，或者說需要足夠高的輸入電壓水平。
眾所周知，電壓監(jiān)控器是與微控制器或MCU密切相關的搭檔。 當命令正在執(zhí)行的時候，如果電源電壓降至最低工作范圍以 下，MCU就有發(fā)生故障和造成系統(tǒng)出錯的風險。在這種情況 下，MCU的電源電壓即為被監(jiān)控電壓，MCU的最低工作電壓應為 閾值電壓。我們將在文中進一步討論如何定義閾值電平。用 于監(jiān)控微控制器電源的電壓監(jiān)控器的一個簡單例子是ADM809， 如圖1b所示。監(jiān)控器檢測被監(jiān)控的電壓水平，并將其饋入VCC引 腳。一旦被監(jiān)控的電壓低于閾值，低電平有效復位輸出就會將 微處理器置于復位模式，直至電壓供應恢復到正常水平。3
圖1. ADM809是電壓監(jiān)控器的一個簡單例子，它監(jiān)控輸入電壓以(a)在輸入 電壓水平處于正確范圍以內(nèi)時使能LDO穩(wěn)壓器，并(b)在掉電狀況下將微 處理器系統(tǒng)置于復位模式。
電壓監(jiān)控器有哪些重要輸入規(guī)格參數(shù)？
關于電壓監(jiān)控器，需要了解四個重要輸入規(guī)格參數(shù)。這將有助 于系統(tǒng)設計人員實施電壓監(jiān)控器來提升系統(tǒng)在應用中的可靠 性。這些規(guī)格參數(shù)包括復位閾值、閾值精度、復位閾值滯回和 上電復位。
復位閾值
復位閾值是電壓電平；當被監(jiān)控的電壓低于此值時，它就會發(fā) 出復位信號。在電壓監(jiān)控器產(chǎn)品中，復位閾值通常標記為VTH。 當被監(jiān)控電壓VCC降至復位閾值電壓VTH以下時，它會產(chǎn)生低電平 復位輸出，如圖2中的時序圖所示。在應用中，閾值電壓設置為 允許系統(tǒng)正常運行的最小電壓。
圖2. 電壓監(jiān)控器的被監(jiān)控電壓VCC和復位輸出信號的時序圖。
設置復位閾值的一種方法是通過外部電阻分壓器。被監(jiān)控電壓 的一小部分與基準電壓源進行比較，以了解被監(jiān)控電壓是否高于或低于復位閾值，如圖3a所示。ADM8612是此配置的一個例 子。一些電壓監(jiān)控器的復位閾值是在工廠通過激光調(diào)整由內(nèi)部 電阻分壓器設置的，例如MAX16140。這帶來了一些優(yōu)勢，例如外 部元件更少，可以為解決方案騰出額外空間，滿足緊湊型應用 的需求，如圖3b所示。它還能實現(xiàn)更高的精度，因為它不依賴 于外部因素（例如使用具有容差的標準值電阻）。然而，外部 電阻方案支持靈活地調(diào)整復位閾值電平。
圖3. 復位閾值的設置方法：(a) ADM8612復位閾值通過外部電阻分壓器設 置，(b) MAX16140復位閾值通過工廠調(diào)整的內(nèi)部電阻分壓器設置。
閾值精度
閾值精度是指實際閾值與計算的復位閾值或目標復位閾值的接 近程度。一些因素會影響閾值的精度，包括電阻分壓器和基準 電壓。電阻分壓器和基準電壓都是模擬電路，受溫度等環(huán)境因 素的影響。這導致復位閾值有一定的容差?；鶞孰妷汉碗娮柙?穩(wěn)健，容差就越嚴格，閾值精度就越高。閾值精度通常以百分 比表示。假設電壓監(jiān)控器的閾值精度為±1%，閾值設置為3.3 V， 那么實際閾值可能在3.267 V至3.333 V左右。
了解閾值精度非常重要，因為這對于設置復位閾值至關重要。 如果在設置復位閾值時不考慮精度，系統(tǒng)可能會陷入不理想的 故障區(qū)域。
復位閾值滯回
復位閾值滯回是指被監(jiān)控的電壓回到正常區(qū)域后，取消復位信 號所需的額外電壓。在監(jiān)控欠壓的電壓監(jiān)控器中，復位閾值滯回通常表示為VHYST或VTH+HYS。滯回有多項益處。首先，它確保被監(jiān) 控的電壓回到正常水平，并且相對于閾值有一定的安全裕量。 其次，它能讓電源在復位取消之前先穩(wěn)定下來，從而有助于解 決電源噪聲和不穩(wěn)定性問題。在沒有滯回的情況下，當被監(jiān)控 電壓超過閾值時，電壓監(jiān)控器會反復發(fā)出或取消復位信號。4,5 這可能發(fā)生在有電源噪聲的應用中，或發(fā)生在電池供電的系統(tǒng) 中，因為受內(nèi)部電阻的影響，電壓會隨著負載電流而下降。圖4 中的紫色陰影區(qū)域顯示了一個例子。同時，由于存在滯回，復 位輸出將使系統(tǒng)保持復位模式，直到電源穩(wěn)定，從而消除系統(tǒng) 的不穩(wěn)定和振蕩行為，如圖4.4中的藍色陰影區(qū)域所示。
圖4. 有滯回和無滯回的復位輸出行為比較
上電復位
在啟動期間，當電源電壓開始上升時，電壓監(jiān)控器的內(nèi)部電路 沒有足夠的偏置。因此，復位輸出處于未定義狀態(tài)。隨著電源 電壓繼續(xù)上升，它將達到某一電壓供應水平，使電壓監(jiān)控器脫 離未定義狀態(tài)并發(fā)出有效的復位信號。讓監(jiān)控器處于規(guī)定狀態(tài) 并提供有效復位輸出的最小電源電壓稱為上電復位電壓或VPOR。 考慮圖3b中的電壓監(jiān)控器簡化示意圖。假設開漏復位輸出上拉 至VCC，在未定義狀態(tài)下，復位輸出將反映電源電壓VCC。這會在 復位輸出中產(chǎn)生一個毛刺，稱為上電毛刺。6 當電源電壓達到VPOR 時，監(jiān)控器就會發(fā)出有效的復位輸出信號，如圖5所示。
圖5. 啟動過程中的上電毛刺和上電復位電壓V POR。
在某些應用中，上電毛刺會被忽略且無關緊要，例如在高壓系 統(tǒng)中。但是，對于某些應用來說，例如在邏輯高電壓閾值較低 的器件中，這是不可取的。
電壓監(jiān)控器有哪些輸出規(guī)格參數(shù)需要考慮？
設計電壓監(jiān)控器時，需要考慮的一個因素是復位輸出極性和時 序。您可以根據(jù)應用選擇極性——低電平有效輸出或是高電平 有效輸出。
低電平有效
低電平有效輸出意味著，只要被監(jiān)控電壓低于閾值電壓，復位 輸出就會變?yōu)榈碗娖健D2中的時序圖顯示了具有低電平有效輸 出的電壓監(jiān)控器的響應。為了便于識別，低電平有效復位輸出 標記為RESET（讀作RESET杠）。當被監(jiān)控電壓上升到閾值電壓以 上時，RESET輸出將在指定時間內(nèi)保持有效，然后才會變?yōu)楦唠?平。此時間延遲稱為復位超時周期(tRP)，它可以是固定時間，也 可以通過外部電容調(diào)整。
高電平有效
根據(jù)輸出要求，系統(tǒng)可能需要高電平有效輸出。與低電平有效 輸出相反，在高電平有效輸出中，當被監(jiān)控電壓低于閾值時， 復位輸出變?yōu)楦唠娖?；當被監(jiān)控電壓在復位超時周期tRP后上升 到閾值電壓以上時，復位輸出變?yōu)榈碗娖健D解參見圖6。
圖6. 高電平有效復位輸出的VCC和復位信號的時序圖。
根據(jù)具體應用，需要考慮的另一個因素是輸出拓撲結構。主要 使用兩種輸出拓撲結構——開漏拓撲和推挽拓撲。
推挽輸出拓撲
推挽輸出拓撲由一對互補MOSFET組成，如圖7所示。當?shù)撞縁ET關 斷且頂部FET導通時，復位輸出變?yōu)楦唠娖?；當?shù)撞縁ET導通且 頂部FET關斷時，復位輸出變?yōu)榈碗娖?。推挽輸出提供從低電?到高電平、從高電平到低電平的幾乎軌到軌的高速響應。
圖7. 推挽輸出拓撲。
低電平有效推挽復位輸出適用于大多數(shù)應用，但也可采用其他 輸出類型。如圖8所示，單電壓系統(tǒng)中的推挽輸出很簡單，但多 電壓系統(tǒng)中的推挽輸出需要更加留心，尤其是當微控制器只有 一個復位輸入時。
圖8. 單電壓系統(tǒng)。
開漏輸出拓撲
對于開漏拓撲，監(jiān)控電路的復位輸出是內(nèi)部MOSFET的漏極。為 了產(chǎn)生類似圖3b所示的邏輯信號輸出，需要從復位連接一個外 部上拉電阻到電源電壓。當MOSFET導通時，復位信號變?yōu)榈碗?平；當MOSFET關斷時，復位信號變?yōu)楦唠娖健Ｉ侠娮杩梢赃B 接到除監(jiān)控電路電源之外的電壓軌。這對于需要不同于監(jiān)控器 電源電壓的復位電平的系統(tǒng)來說非常有利。
開漏輸出的另一個優(yōu)點是“線或”功能。將兩個或多個監(jiān)控電 路的開漏輸出連接到同一總線上，可以實現(xiàn)“負邏輯或”電 路。9 這意味著，當任何一個監(jiān)控電路的復位輸出變?yōu)榈碗娖?時，總線為低電平。僅當所有復位輸出都是高電平時，總線才 為高電平。如果想要監(jiān)控多個電源，并在任何一個電源電壓下 降時觸發(fā)復位，這種拓撲會很方便。
應用案例
圖9、10和11顯示了電壓監(jiān)控器不同輸出拓撲和極性的一些典型 應用案例。圖9顯示了一個應用開漏拓撲的多電壓系統(tǒng)示例。 在多電壓軌系統(tǒng)中，可以利用菊花鏈連接的低電平有效輸出來 執(zhí)行時序控制，如圖10a和10b所示。在某些應用中，正確的電源 時序控制可能是首要的考慮因素之一。多軌系統(tǒng)（如基于FPGA 的解決方案）通常需要并指定適當?shù)碾娫磿r序，以防止出現(xiàn) 系統(tǒng)故障和不穩(wěn)定情況。圖11a和11b顯示了應用高電平有效輸出 的示例。對于這些情況，高電平有效輸出用于使能或禁用高側(cè) MOSFET，以實現(xiàn)開/關控制方案。此類配置可用于過壓保護、低 壓時序控制等電路。高側(cè)MOSFET也可使用電壓監(jiān)控器的低電平 有效輸出來驅(qū)動。有關詳細信息，請參閱文章“利用低電平有 效輸出驅(qū)動高側(cè)MOSFET輸入開關以實現(xiàn)系統(tǒng)功率循環(huán)。”
圖9. 多電壓系統(tǒng)共用一個微處理器復位輸入。
圖10. 使用低電平有效輸出(a)推挽拓撲和(b)開漏拓撲的多軌時序控制。
圖11. 高電平有效輸出極性的應用。(a)采用推挽拓撲的N溝道MOSFET低壓時 序控制。(b)采用開漏拓撲的P溝道MOSFET過壓保護電路。
結論
電壓監(jiān)控器用于使能、禁用或復位另一個器件。監(jiān)控器的常見 應用是復位微控制器。監(jiān)控器保護系統(tǒng)免受錯誤和故障的影 響，從而提升應用的整體可靠性。設計時需要考慮電壓監(jiān)控 器的輸入、輸出和時序規(guī)格。監(jiān)控器具有不同的輸出拓撲和極 性，在不同的應用場景中可以發(fā)揮不同的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)預期 功能并提高系統(tǒng)可靠性。
作者簡介
Noel Tenorio是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應用經(jīng)理，主要負責多市場功率處理高性能電源監(jiān)控產(chǎn)品。他于2016 年8月加入ADI公司。在加入ADI公司之前，他在一家開關模式電源研發(fā)公司作為設計工程師工作了六 年。他擁有菲律賓八打雁國立大學電子與通信工程學士學位、電力電子專業(yè)電氣工程研究生學位，以 及瑪普阿大學電子工程理學碩士學位。在負責電源監(jiān)控產(chǎn)品之前，他還在熱電冷卻器控制器產(chǎn)品的應 用支持領域擔任過重要職務。
作者簡介
Anthony Serqui?a是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應用經(jīng)理。他畢業(yè)于菲律賓碧瑤市圣路易斯大學，獲電子和通信 工程學士學位。他在電力電子領域擁有超過15年的經(jīng)驗，包括電源管理IC開發(fā)以及AC-DC和DC-DC前端電 源轉(zhuǎn)換。他于2018年11月加入ADI公司，目前負責多市場電源產(chǎn)品的新產(chǎn)品開發(fā)應用工作。
摘要
本文闡述了高性能電壓監(jiān)控器的價值，討論了其基本定 義、工作原理、技術規(guī)格、拓撲結構和極性。某些高性能 電壓監(jiān)控器旨在幫助基于微處理器的系統(tǒng)提升可靠性，防 止掉電狀況下系統(tǒng)出錯。本文提供了一些示例。
引言
嵌入式系統(tǒng)等需要進行大量計算和數(shù)據(jù)處理的應用，通常使用 微控制器、微處理器和現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等器件來執(zhí)行 復雜的計算例程，因為這些器件具有多功能性、高速度和靈 活性。然而，這些推薦使用的器件也存在限制和不同的電源要求，如果在系統(tǒng)開發(fā)的早期階段未加考慮，系統(tǒng)的性能和可靠 性可能會受影響。其中一個限制是掉電狀況下系統(tǒng)可能出現(xiàn)故障。當電源電壓降至最低工作電壓以下時，微控制器可能會發(fā) 生故障并導致系統(tǒng)出錯。幸運的是，電壓監(jiān)控器專門設計用于 解決這個問題。
本文討論了高性能電壓監(jiān)控器，包括ADI公司產(chǎn)品系列中的一些 產(chǎn)品。本文介紹了電壓監(jiān)控器的功能、輸入和輸出基礎以及高 性能電源監(jiān)控產(chǎn)品的其他基礎知識。
電壓監(jiān)控器定義及其工作原理
電壓監(jiān)控器是一類用于監(jiān)控電壓供應軌的器件，只要滿足監(jiān)控 條件，它就會提供一個可用來執(zhí)行某種操作的輸出。它會檢測被監(jiān)控電壓供應軌是否低于或超過預定義的電壓水平（稱為閾 值）。1 它提供的輸出信號通常稱為復位信號，用于將另一個器 件置于另一種工作模式，例如復位模式或活動模式。對于那些 在特定電壓范圍之外運行會導致錯誤和故障的應用來說，使用 電壓監(jiān)控器也是十分合適的。有時，復位輸出也用于使能和禁 用另一個器件，例如在任何需要一定輸入電壓范圍才能正常運 行的應用中。一個典型的應用例子是使用電壓監(jiān)控器來讓穩(wěn)壓 器正常運行，如圖1a所示。為了確保啟動期間正常運行，LDO穩(wěn) 壓器要求輸入中有足夠的能量，或者說需要足夠高的輸入電壓水平。
眾所周知，電壓監(jiān)控器是與微控制器或MCU密切相關的搭檔。 當命令正在執(zhí)行的時候，如果電源電壓降至最低工作范圍以 下，MCU就有發(fā)生故障和造成系統(tǒng)出錯的風險。在這種情況 下，MCU的電源電壓即為被監(jiān)控電壓，MCU的最低工作電壓應為 閾值電壓。我們將在文中進一步討論如何定義閾值電平。用 于監(jiān)控微控制器電源的電壓監(jiān)控器的一個簡單例子是ADM809， 如圖1b所示。監(jiān)控器檢測被監(jiān)控的電壓水平，并將其饋入VCC引 腳。一旦被監(jiān)控的電壓低于閾值，低電平有效復位輸出就會將 微處理器置于復位模式，直至電壓供應恢復到正常水平。3
圖1. ADM809是電壓監(jiān)控器的一個簡單例子，它監(jiān)控輸入電壓以(a)在輸入 電壓水平處于正確范圍以內(nèi)時使能LDO穩(wěn)壓器，并(b)在掉電狀況下將微 處理器系統(tǒng)置于復位模式。
電壓監(jiān)控器有哪些重要輸入規(guī)格參數(shù)？
關于電壓監(jiān)控器，需要了解四個重要輸入規(guī)格參數(shù)。這將有助 于系統(tǒng)設計人員實施電壓監(jiān)控器來提升系統(tǒng)在應用中的可靠 性。這些規(guī)格參數(shù)包括復位閾值、閾值精度、復位閾值滯回和 上電復位。
復位閾值
復位閾值是電壓電平；當被監(jiān)控的電壓低于此值時，它就會發(fā) 出復位信號。在電壓監(jiān)控器產(chǎn)品中，復位閾值通常標記為VTH。 當被監(jiān)控電壓VCC降至復位閾值電壓VTH以下時，它會產(chǎn)生低電平 復位輸出，如圖2中的時序圖所示。在應用中，閾值電壓設置為 允許系統(tǒng)正常運行的最小電壓。
圖2. 電壓監(jiān)控器的被監(jiān)控電壓VCC和復位輸出信號的時序圖。
設置復位閾值的一種方法是通過外部電阻分壓器。被監(jiān)控電壓 的一小部分與基準電壓源進行比較，以了解被監(jiān)控電壓是否高于或低于復位閾值，如圖3a所示。ADM8612是此配置的一個例 子。一些電壓監(jiān)控器的復位閾值是在工廠通過激光調(diào)整由內(nèi)部 電阻分壓器設置的，例如MAX16140。這帶來了一些優(yōu)勢，例如外 部元件更少，可以為解決方案騰出額外空間，滿足緊湊型應用 的需求，如圖3b所示。它還能實現(xiàn)更高的精度，因為它不依賴 于外部因素（例如使用具有容差的標準值電阻）。然而，外部 電阻方案支持靈活地調(diào)整復位閾值電平。
圖3. 復位閾值的設置方法：(a) ADM8612復位閾值通過外部電阻分壓器設 置，(b) MAX16140復位閾值通過工廠調(diào)整的內(nèi)部電阻分壓器設置。
閾值精度
閾值精度是指實際閾值與計算的復位閾值或目標復位閾值的接 近程度。一些因素會影響閾值的精度，包括電阻分壓器和基準 電壓。電阻分壓器和基準電壓都是模擬電路，受溫度等環(huán)境因 素的影響。這導致復位閾值有一定的容差?；鶞孰妷汉碗娮柙?穩(wěn)健，容差就越嚴格，閾值精度就越高。閾值精度通常以百分 比表示。假設電壓監(jiān)控器的閾值精度為±1%，閾值設置為3.3 V， 那么實際閾值可能在3.267 V至3.333 V左右。
了解閾值精度非常重要，因為這對于設置復位閾值至關重要。 如果在設置復位閾值時不考慮精度，系統(tǒng)可能會陷入不理想的 故障區(qū)域。
復位閾值滯回
復位閾值滯回是指被監(jiān)控的電壓回到正常區(qū)域后，取消復位信 號所需的額外電壓。在監(jiān)控欠壓的電壓監(jiān)控器中，復位閾值滯回通常表示為VHYST或VTH+HYS。滯回有多項益處。首先，它確保被監(jiān) 控的電壓回到正常水平，并且相對于閾值有一定的安全裕量。 其次，它能讓電源在復位取消之前先穩(wěn)定下來，從而有助于解 決電源噪聲和不穩(wěn)定性問題。在沒有滯回的情況下，當被監(jiān)控 電壓超過閾值時，電壓監(jiān)控器會反復發(fā)出或取消復位信號。4,5 這可能發(fā)生在有電源噪聲的應用中，或發(fā)生在電池供電的系統(tǒng) 中，因為受內(nèi)部電阻的影響，電壓會隨著負載電流而下降。圖4 中的紫色陰影區(qū)域顯示了一個例子。同時，由于存在滯回，復 位輸出將使系統(tǒng)保持復位模式，直到電源穩(wěn)定，從而消除系統(tǒng) 的不穩(wěn)定和振蕩行為，如圖4.4中的藍色陰影區(qū)域所示。
圖4. 有滯回和無滯回的復位輸出行為比較
上電復位
在啟動期間，當電源電壓開始上升時，電壓監(jiān)控器的內(nèi)部電路 沒有足夠的偏置。因此，復位輸出處于未定義狀態(tài)。隨著電源 電壓繼續(xù)上升，它將達到某一電壓供應水平，使電壓監(jiān)控器脫 離未定義狀態(tài)并發(fā)出有效的復位信號。讓監(jiān)控器處于規(guī)定狀態(tài) 并提供有效復位輸出的最小電源電壓稱為上電復位電壓或VPOR。 考慮圖3b中的電壓監(jiān)控器簡化示意圖。假設開漏復位輸出上拉 至VCC，在未定義狀態(tài)下，復位輸出將反映電源電壓VCC。這會在 復位輸出中產(chǎn)生一個毛刺，稱為上電毛刺。6 當電源電壓達到VPOR 時，監(jiān)控器就會發(fā)出有效的復位輸出信號，如圖5所示。
圖5. 啟動過程中的上電毛刺和上電復位電壓V POR。
在某些應用中，上電毛刺會被忽略且無關緊要，例如在高壓系 統(tǒng)中。但是，對于某些應用來說，例如在邏輯高電壓閾值較低 的器件中，這是不可取的。
電壓監(jiān)控器有哪些輸出規(guī)格參數(shù)需要考慮？
設計電壓監(jiān)控器時，需要考慮的一個因素是復位輸出極性和時 序。您可以根據(jù)應用選擇極性——低電平有效輸出或是高電平 有效輸出。
低電平有效
低電平有效輸出意味著，只要被監(jiān)控電壓低于閾值電壓，復位 輸出就會變?yōu)榈碗娖健D2中的時序圖顯示了具有低電平有效輸 出的電壓監(jiān)控器的響應。為了便于識別，低電平有效復位輸出 標記為RESET（讀作RESET杠）。當被監(jiān)控電壓上升到閾值電壓以 上時，RESET輸出將在指定時間內(nèi)保持有效，然后才會變?yōu)楦唠?平。此時間延遲稱為復位超時周期(tRP)，它可以是固定時間，也 可以通過外部電容調(diào)整。
高電平有效
根據(jù)輸出要求，系統(tǒng)可能需要高電平有效輸出。與低電平有效 輸出相反，在高電平有效輸出中，當被監(jiān)控電壓低于閾值時， 復位輸出變?yōu)楦唠娖?；當被監(jiān)控電壓在復位超時周期tRP后上升 到閾值電壓以上時，復位輸出變?yōu)榈碗娖健D解參見圖6。
圖6. 高電平有效復位輸出的VCC和復位信號的時序圖。
根據(jù)具體應用，需要考慮的另一個因素是輸出拓撲結構。主要 使用兩種輸出拓撲結構——開漏拓撲和推挽拓撲。
推挽輸出拓撲
推挽輸出拓撲由一對互補MOSFET組成，如圖7所示。當?shù)撞縁ET關 斷且頂部FET導通時，復位輸出變?yōu)楦唠娖?；當?shù)撞縁ET導通且 頂部FET關斷時，復位輸出變?yōu)榈碗娖?。推挽輸出提供從低電?到高電平、從高電平到低電平的幾乎軌到軌的高速響應。
圖7. 推挽輸出拓撲。
低電平有效推挽復位輸出適用于大多數(shù)應用，但也可采用其他 輸出類型。如圖8所示，單電壓系統(tǒng)中的推挽輸出很簡單，但多 電壓系統(tǒng)中的推挽輸出需要更加留心，尤其是當微控制器只有 一個復位輸入時。
圖8. 單電壓系統(tǒng)。
開漏輸出拓撲
對于開漏拓撲，監(jiān)控電路的復位輸出是內(nèi)部MOSFET的漏極。為 了產(chǎn)生類似圖3b所示的邏輯信號輸出，需要從復位連接一個外 部上拉電阻到電源電壓。當MOSFET導通時，復位信號變?yōu)榈碗?平；當MOSFET關斷時，復位信號變?yōu)楦唠娖健Ｉ侠娮杩梢赃B 接到除監(jiān)控電路電源之外的電壓軌。這對于需要不同于監(jiān)控器 電源電壓的復位電平的系統(tǒng)來說非常有利。
開漏輸出的另一個優(yōu)點是“線或”功能。將兩個或多個監(jiān)控電 路的開漏輸出連接到同一總線上，可以實現(xiàn)“負邏輯或”電 路。9 這意味著，當任何一個監(jiān)控電路的復位輸出變?yōu)榈碗娖?時，總線為低電平。僅當所有復位輸出都是高電平時，總線才 為高電平。如果想要監(jiān)控多個電源，并在任何一個電源電壓下 降時觸發(fā)復位，這種拓撲會很方便。
應用案例
圖9、10和11顯示了電壓監(jiān)控器不同輸出拓撲和極性的一些典型 應用案例。圖9顯示了一個應用開漏拓撲的多電壓系統(tǒng)示例。 在多電壓軌系統(tǒng)中，可以利用菊花鏈連接的低電平有效輸出來 執(zhí)行時序控制，如圖10a和10b所示。在某些應用中，正確的電源 時序控制可能是首要的考慮因素之一。多軌系統(tǒng)（如基于FPGA 的解決方案）通常需要并指定適當?shù)碾娫磿r序，以防止出現(xiàn) 系統(tǒng)故障和不穩(wěn)定情況。圖11a和11b顯示了應用高電平有效輸出 的示例。對于這些情況，高電平有效輸出用于使能或禁用高側(cè) MOSFET，以實現(xiàn)開/關控制方案。此類配置可用于過壓保護、低 壓時序控制等電路。高側(cè)MOSFET也可使用電壓監(jiān)控器的低電平 有效輸出來驅(qū)動。有關詳細信息，請參閱文章“利用低電平有 效輸出驅(qū)動高側(cè)MOSFET輸入開關以實現(xiàn)系統(tǒng)功率循環(huán)。”
圖9. 多電壓系統(tǒng)共用一個微處理器復位輸入。
圖10. 使用低電平有效輸出(a)推挽拓撲和(b)開漏拓撲的多軌時序控制。
圖11. 高電平有效輸出極性的應用。(a)采用推挽拓撲的N溝道MOSFET低壓時 序控制。(b)采用開漏拓撲的P溝道MOSFET過壓保護電路。
結論
電壓監(jiān)控器用于使能、禁用或復位另一個器件。監(jiān)控器的常見 應用是復位微控制器。監(jiān)控器保護系統(tǒng)免受錯誤和故障的影 響，從而提升應用的整體可靠性。設計時需要考慮電壓監(jiān)控 器的輸入、輸出和時序規(guī)格。監(jiān)控器具有不同的輸出拓撲和極 性，在不同的應用場景中可以發(fā)揮不同的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)預期 功能并提高系統(tǒng)可靠性。
作者簡介
Noel Tenorio是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應用經(jīng)理，主要負責多市場功率處理高性能電源監(jiān)控產(chǎn)品。他于2016 年8月加入ADI公司。在加入ADI公司之前，他在一家開關模式電源研發(fā)公司作為設計工程師工作了六 年。他擁有菲律賓八打雁國立大學電子與通信工程學士學位、電力電子專業(yè)電氣工程研究生學位，以 及瑪普阿大學電子工程理學碩士學位。在負責電源監(jiān)控產(chǎn)品之前，他還在熱電冷卻器控制器產(chǎn)品的應 用支持領域擔任過重要職務。
作者簡介
Anthony Serqui?a是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應用經(jīng)理。他畢業(yè)于菲律賓碧瑤市圣路易斯大學，獲電子和通信 工程學士學位。他在電力電子領域擁有超過15年的經(jīng)驗，包括電源管理IC開發(fā)以及AC-DC和DC-DC前端電 源轉(zhuǎn)換。他于2018年11月加入ADI公司，目前負責多市場電源產(chǎn)品的新產(chǎn)品開發(fā)應用工作。
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