原標題：了解和應用監控IC以避免低壓上電毛刺問題

　　經驗豐富的工程師知道，系統最危險的時刻之一就是通電時。根據時間常數以及電源軌達到標稱值的平滑和快速程度，不同的 IC 和系統部件可能會在嘗試相互配合時啟動、鎖定或以不正確的模式啟動。增加挑戰的是，上電時 IC 的時序和轉換相關性能可能是溫度、相關電容器、機械應力、老化和其他因素的函數。

　　隨著工作電壓軌下降到較低的個位數值，潛在的問題變得更加嚴重，從而減少了“松弛”量或使用標稱軌值運行的余量。所有這些因素都可能導致不一致的啟動性能和令人沮喪的調試會話。

　　出于這些原因，模擬 IC 供應商設計了專門的 IC，這些 IC 提供了消除上電不確定性和不一致的監督管理功能。本文將定義和描述毛刺問題，然后展示如何通過添加一些來自Analog Devices的小型專用 IC 來避免毛刺問題。

　　什么是故障?

　　與“緩沖區”或“可編程”等許多工程術語一樣，“故障”一詞根據上下文具有不同的含義。故障可能是：

　　信號或電源線上的噪聲引起的尖峰

　　由于負載瞬態，電源軌突然短暫下降

　　由于柵極驅動器的開啟/關閉時間不同，橋中的上下 MOSFET 同時開啟的微秒周期(非常糟糕的情況)

　　由于時序容差和組件之間的差異而導致的瞬時不確定信號和競爭條件

　　本文著眼于在“通電”期間可能發生的毛刺，當電源打開時，IC 正在過渡到其正常工作狀態，尤其是在低壓系統中。這種開機故障尤其令人沮喪，因為它們會導致間歇性、難以調試的問題，這些問題沒有明顯的相關性或一致性。由于毛刺誘發條件通常處于“邊緣”，它們的出現可能會隨著溫度、電源軌容差(仍在規格范圍內)、同一設備的一批中的單個組件變化以及其他難以確定的因素而變化因素。

　　這個故障是什么，它的來源是什么?考慮一個帶有微控制器和相關監控/保護復位 IC 的系統。后一個 IC 的作用簡單而集中：在上電、斷電和掉電條件下保持可靠的系統運行(圖 1)。

　　圖 1：了解毛刺源首先要了解微控制器及其相關監控/保護復位 IC 的簡單典型布置，這兩個 IC 均由電池及其穩壓器供電。(圖片來源：Analog Devices)

　　在典型的電池供電應用中，DC-DC 轉換器從小型低壓電池產生供電軌。監控 IC 一般加在 DC-DC 轉換器和微控制器之間，用于監控電源電壓并啟用或禁用微控制器。

　　監控 IC 通過準確監控系統電源，然后斷言或取消斷言微控制器的使能輸入來確?？煽窟\行。微控制器的啟用和禁用通過監控 IC 的復位輸出引腳進行管理。此引腳通常是連接到 10 kΩ (kΩ) 上拉電阻的開漏極。監控 IC 監控電源電壓，并在輸入電壓低于復位閾值時觸發復位。

　　在監控電壓升至閾值電壓以上至其標稱值后，復位輸出在復位超時期間保持有效，然后取消有效。這允許目標微控制器離開復位狀態并開始運行。

　　但是在監控 IC 開啟并將其拉低之前，復位線會發生什么情況呢?通過仔細觀察典型的上電序列可以找到答案(圖 2)。隨著電源軌 V CC開始上電，微控制器和監控 IC 都關閉。因此，復位線處于浮動狀態，10 kΩ 上拉電阻使其電壓跟蹤 V CC。

　　圖 2：在典型的上電序列中，復位線處于浮動狀態，因此其電壓會跟蹤電源軌 V CC的上升。(圖片來源：Analog Devices)

　　這種電壓上升可能在 0.5 到 0.9 伏之間，可能會導致系統不穩定。一旦監控 IC 開啟，復位線就會被拉低，以防止微控制器意外開啟。這種故障在所有前幾代監控 IC 中都很常見。

　　低壓系統放大了這個問題

　　這種故障情況成為了以越來越低的電壓運行的低功率設備趨勢的主要問題?？紤]具有 3.3 伏、2.5 伏和 1.8 伏三個邏輯電平的系統(圖 3)。對于 3.3 伏系統，輸出低壓閾值 (Vol) 和輸入低壓閾值 (Vil) 介于 0.4 伏和 0.8 伏之間。如果在 0.9 伏電壓下出現故障，則可能會通過關閉和打開處理器而導致處理器變得不穩定。

　　圖 3：邏輯電平已從 3.3 伏降至 1.8 伏，因此具有相關的電壓閾值。(圖片來源：Analog Devices)

　　標稱 1.8 伏系統的情況更為敏感?，F在，Vol 和 Vil 在 0.45 伏和 0.63 伏時要低得多。該系統中 0.9 伏的毛刺代表了更大的百分比，從而使其出錯的可能性更高。

　　這種情況如何與影響系統運行的故障一起發生?考慮一個電源電壓 V DD緩慢上升到 0.9 伏并在此“徘徊”一小段時間(圖 4)。盡管該電壓不足以開啟監控 IC，但微控制器仍可啟用并在不穩定狀態下運行。由于 0.9 伏值處于不確定狀態，微控制器 RESET 輸入可以將毛刺解釋為邏輯 1 或 0，這將不正常地啟用或禁用它。

　　圖 4：隨著電源電壓 V DD上升到 0.9 伏并在此徘徊，微控制器可能會不規律地打開和關閉。(圖片來源：Analog Devices)

　　這會導致微控制器執行部分指令或不完整地寫入內存，這只是可能發生的兩個示例，可能導致系統故障和可能的災難性系統行為。

　　解決故障問題

　　克服這個問題不需要返回到更高的電壓軌，也不需要復雜的系統級架構來消除其發生或將其影響降至最低。相反，它需要能夠識別問題的獨特方面并防止形成毛刺的新一代監控 IC，無論上電或掉電條件下的電壓水平如何。

　　實現這一結果需要專有電路和 IC，例如MAX16162，這是一款具有無干擾上電功能的納米電源監控器。借助這種微型 IC(采用四凸點 WLP 和四引腳 SOT23 封裝)，只要 V DD低于閾值電壓，復位輸出就會保持低電平，從而防止復位線上的電壓毛刺。一旦達到電壓閾值并完成延遲周期，復位輸出將取消斷言并啟用微控制器(圖 5)。

　　圖 5：當 V DD低于閾值電壓時， MAX16162 將復位輸出保持為低電平，防止復位線上的電壓毛刺。(圖片來源：Analog Devices)

　　與在 V CC非常低時無法控制復位輸出狀態的傳統監控 IC 不同，MAX16162 復位輸出保證在達到有效 V CC電平之前保持有效。

　　MAX16161是 MAX16162 的近親，具有幾乎相同的規格，但有一個功能差異和一些重新定義的引腳分配(圖 6)。它具有一個手動復位 (MR) 輸入，當它接收到適當的輸入信號時，該輸入斷言復位，該輸入信號可以是低電平有效或高電平有效，具體取決于所選選項。相比之下，MAX16162 沒有 MR 輸入，而是具有獨立的 V CC和 V IN引腳，允許低至 0.6 V 的閾值電壓。

　　圖 6：MAX16161 和 MAX16162 相似，但在功能和引腳布局方面存在細微差別：MAX16161 有一個 MR 輸入，當它接收到適當的輸入信號時會觸發復位，而 MAX16162 有獨立的 V CC和 V IN引腳。(圖片來源：Analog Devices)

　　排序器與主管

　　另一對有一些重疊和歧義的術語是主管和定序器。監控器監視單個電源電壓并在定義的情況下斷言/釋放復位。相比之下，定序器協調兩個或多個軌道之間的相對復位和“電源正?！睌嘌?。

　　MAX16161 和 MAX16162 可用作簡單的電源定序器(圖 7)。在第一個穩壓器的輸出電壓變為有效后，MAX16161/MAX16162 插入一個延遲，并在復位超時周期后為第二個穩壓器產生使能信號。由于 MAX16161/MAX16162 在電源電壓正確之前不會取消復位，因此受控電源永遠不會被錯誤地啟用。

　　圖 7：可以配置使用 MAX16161 的電路，因此該器件不僅可以確保無干擾上電，還可以管理兩個電源軌之間的電源軌排序。(圖片來源：Analog Devices)

　　還有許多設計具有多軌和更復雜的排序需求。在這些情況下，Analog Devices LTC2928多通道電源定序器和監控器提供了一種解決方案(圖 8)。

　　圖 8：LTC2928 電源排序器管理四個獨立電源軌之間的上電和斷電排序，并使用戶能夠控制關鍵參數。(圖片來源：Analog Devices)

　　這款四通道級聯電源定序器和高精度監控器允許設計人員僅使用幾個外部組件即可配置電源管理定序閾值、順序和時序。它確保按所需順序啟用電源軌。除了上電排序之外，它還可以管理互補且通常同樣重要的斷電排序。

　　序列輸出用于控制電源使能引腳或 N 通道傳輸門。其他監控功能包括欠壓和過壓監控和報告，以及微處理器復位生成。報告故障類型和來源以進行診斷。單獨的通道控制可用于獨立執行啟用輸出和監控功能。對于具有四個以上電源軌的系統，可以輕松地連接多個 LTC2928 以對無限數量的電源進行排序。

　　結論

　　每個應用中都存在毛刺，但對于直到最近才占主導地位的更高電壓應用，它們并未構成重大問題?，F在，電源電壓越來越低，由于 0.9 伏的毛刺，導致系統開啟的可靠性降低。

　　如圖所示，設計人員可以使用提供無干擾運行的新型監控 IC 來提高可靠性，從而為低功率/低電壓應用提供最高程度的系統保護。