最近有人問(wèn)我，什么樣的應(yīng)用需要電壓監(jiān)控器？一個(gè)愚蠢的問(wèn)題。所有應(yīng)用程序都需要主管。當(dāng)然，任何帶有處理器的設(shè)計(jì)——幾乎是所有設(shè)計(jì)。當(dāng)其電源低于規(guī)格時(shí)，該處理器可能會(huì)開(kāi)始表現(xiàn)得很奇怪。所有工程師都厭惡這可能導(dǎo)致的災(zāi)難性設(shè)計(jì)失敗，在某些情況下，這可能是一個(gè)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

即使設(shè)計(jì)沒(méi)有 MCU，EE 也不希望他們的電路在其電源下垂但沒(méi)有消失時(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。Mouser 列出了 15，789 個(gè)“監(jiān)控電路”，Avnet 在其目錄中提供了 16，904 個(gè)。但不要害怕，這些數(shù)字被同一個(gè)基本設(shè)備的許多版本大大夸大了。有一些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)范可能是通道數(shù)。對(duì)于許多便攜式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)而言，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)電源軌的設(shè)備——我真的無(wú)法想象用于什么應(yīng)用。這些多通道 IC 中的一些具有單個(gè)復(fù)位輸出，而一些具有每個(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)單通道設(shè)備。它們價(jià)格便宜、體積極小，并且可以大大簡(jiǎn)化 PCB 布局，這也可以最大限度地減少長(zhǎng)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。這是由標(biāo)稱電源電壓減去電源容差（通常為 5% 或 10%）加上監(jiān)控器容差和一個(gè)小的保護(hù)帶決定的。因此，一個(gè) 3.3V 電源下降到其 5% 的容差將是 3.135V。如果監(jiān)控器的準(zhǔn)確度為 ±1%，我們會(huì)將其添加進(jìn)去，然后放入 1% 的保護(hù)帶。然后復(fù)位為 3.07V 標(biāo)稱值。測(cè)試以確保設(shè)計(jì)中的每個(gè)設(shè)備在此低電壓下都能正常工作，這一點(diǎn)很重要。

監(jiān)控器可提供低至 0.4V 的閾值電壓。在這些低電壓下，必須特別小心避免耦合噪聲問(wèn)題。噪聲可以從相鄰的變壓器或射頻電路或外部源耦合到 PCB 走線。下面的視頻“電壓監(jiān)控 IC 中的高頻噪聲抑制”展示了監(jiān)控 IC 如何促進(jìn)安全可靠的系統(tǒng)運(yùn)行。

許多監(jiān)控器是出廠設(shè)置的，并通過(guò)部件號(hào)后綴提供大量跳閘閾值電壓。例如，單通道MAX16140提供從 1.70V 到 3.25V 的 32 種選擇。一些監(jiān)督者是可調(diào)整或可調(diào)整的。設(shè)定點(diǎn)精度是一個(gè)關(guān)鍵規(guī)格。MAX16140 在室溫下具有 ±1% 的精度，在 -40° 至 125°C 范圍內(nèi)具有 ±1.5% 的精度。有些設(shè)備的性能差到 3.5%。

需要考慮的操作特性

對(duì)于所有這些器件，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)監(jiān)控器輸入上的監(jiān)控電壓低于工廠調(diào)整的閾值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)復(fù)位輸出。在輸入電壓返回到閾值以上后，復(fù)位將維持一段可指定的最小超時(shí)時(shí)間。此延遲超時(shí)通常約為 200 毫秒，但范圍可以從 5 微秒到 2 秒或更長(zhǎng)。由于故障條件和系統(tǒng)上電期間，將發(fā)生此超時(shí)。

例如，單通道 MAX16140（圖 1）具有從 217μs 到 2，000ms 的 8 個(gè)值的超時(shí)延遲周期部件號(hào)選項(xiàng)。該芯片采用微型 0.78mm x 0.78mm x 0.5mm、4 凸點(diǎn) WLP 封裝。這種特殊設(shè)備的一大優(yōu)勢(shì)是其極低的電源電流，這使得它非常適合電池供電的設(shè)計(jì)。標(biāo)稱電源電流僅為 370na。它還具有去抖復(fù)位按鈕輸入，可設(shè)置為低電平有效或高電平有效或邊沿觸發(fā)。

大多數(shù)監(jiān)管者都有輸出類型的選擇。我更喜歡高電平有效、開(kāi)漏輸出，它將連接到 MCU 復(fù)位輸入上的上拉電阻?？梢栽谠S多監(jiān)控器 IC 中選擇推挽式或開(kāi)漏輸出配置。

額外的監(jiān)管選項(xiàng)

另一個(gè)示例 IC 是MAX16134三重窗口電壓監(jiān)控器，可監(jiān)視欠壓和過(guò)壓情況（圖 2）。它具有三個(gè)獨(dú)立的集電極開(kāi)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 封裝占用空間小，可提供 17 種三種受監(jiān)控電源電壓的組合。

圖 2. MAX16132/33/34/35 電壓監(jiān)控器的簡(jiǎn)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。一個(gè)很好的例子是MAX16155。這款單通道 IC 提供看門狗和超低功耗，典型值僅為 400na（在 -40oC 至 125oC 時(shí)最大為 900na），工作電源范圍為 1.2V 至 5.5V。它還有一個(gè)邏輯輸入，可以禁用看門狗功能。IC 的閾值精度為 ±2.5%。

一些應(yīng)用需要外部 RAM 的電池備份支持，以便在發(fā)生掉電時(shí)，在 MCU 復(fù)位時(shí) RAM 數(shù)據(jù)受到保護(hù)。一個(gè)例子是MAX6364（圖 3）。當(dāng) V CC低于復(fù)位閾值并在 V CC升至高于 V TH后至少 150ms時(shí)，芯片的復(fù)位輸出變?yōu)楦唠娖?。而且，?dāng) V CC低于復(fù)位閾值時(shí)，BATT in 連接到 OUT 為存儲(chǔ)器供電——只要 VBATT 至少比 V CC大 20mV 。OUT電流可以連續(xù)20ma。

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，以及那些具有 Wi-Fi/網(wǎng)絡(luò)的，通常需要在上電時(shí)對(duì)電源軌進(jìn)行精確排序。您可以使用具有獨(dú)立開(kāi)漏輸出和推挽復(fù)位輸出的MAX16042三重排序/監(jiān)控芯片等 IC 輕松做到這一點(diǎn)。它將在加電期間啟用一個(gè)接一個(gè)的電源，并具有時(shí)間延遲，并禁用所有電源（如果有任何低于其閾值）。功率控制可以通過(guò) 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 來(lái)完成。

審核編輯：郭婷