非常見問題第215期:是否存在真正的無毛刺電壓監控器IC?

問題

真正的無故障電壓監控器IC存在嗎？或者它只是一個概念？

回答

是的，真正的無毛刺監控器IC是存在的。MAX16161/MAX16162就是例子，即使在零電源電壓下，這些IC也能產生可靠的復位信號，從而能夠監控供電電壓低于1V的電子器件。

可靠的監控器IC始終是工業界的行業需求，因為它可以提高系統可靠性，并在電壓瞬變和電源故障時提升系統性能。半導體制造商也在不斷提高電壓監控器IC的性能。為了生成明確或可靠的復位信號，監控器IC只需要一個稱為上電復位的最低電壓(VPOR)，而在達到該最低電源電壓之前，復位信號的狀態是不確定的。一般來說，我們將其稱之為復位毛刺。

復位引腳主要有兩種不同的拓撲結構：開漏和推挽（圖1）。兩種拓撲結構都使用NMOS作為下拉MOSFET。

上電期間，如果電源電壓低于VPOR，就沒有足夠的電壓能驅動內部MOSFET工作，因此MOSFET關閉。此時，監控器無法對復位電壓進行控制。復位電壓將與上拉電壓(VPULLUP)成比例上升。而一旦電源電壓高于VPOR，內部MOSFET將驅動RESET引腳進入有效狀態。 

圖1 復位拓撲的開漏配置和推挽配置

圖2 數據手冊EC表中的POR規格

電壓監控器可用于監控FPGA、ASIC或數字信號處理器的低電源軌，其電壓可低至1 V。在低供電電壓處理器中，I/O的邏輯電平非常敏感，其VIH可低至0.5 V，如圖3所示。

上電期間，FPGA、ASIC或數字信號處理器需要處于RESET狀態，直到所有電源軌穩定。當VCC低于VPOR時，RESET引腳可能會出現毛刺，該毛刺可能會觸發FPGA的未知狀態。一旦VCC高于VPOR，內部MOSFET就會開啟，并將RESET連接到GND，使RESET引腳輸出正確的邏輯低電平。

圖3 監控器與低壓ASIC、FPGA或數字信號處理器的接口

圖4 帶毛刺復位信號的上電時序

隨著電子行業向低壓半導體發展，模擬芯片制造商也在傳統監控器的基礎上努力實現無毛刺復位。制造商可以通過改進工藝來降低VPOR，但實現真正的無毛刺監控器需要一個全新的架構。

目前，如圖5所示系統工程師使用帶有傳統監控器的外部電路來模擬無毛刺監控功能。添加一個配置為源極跟隨器的標準JFET可以實現這一功能，源極的電壓將取決于柵極電壓VG與JFET閾值電壓的差。JFET閾值電壓會在VG和VOUT之間產生大約1 V的壓降，從而避免監控器的輸出電壓在內部MOSFET關斷時升高，直到監控器的內部MOSFET開始正常工作。

圖5 帶有外部P型JFET的傳統監控器,可實現無毛刺工作

結論

真正的無毛刺監控器IC不再只是一個概念。設計人員現在擁有一款能在零電源電壓下產生可靠復位信號的監控器IC，使系統工程師能夠使用該IC來監控低供電電壓（低于1 V）的電子器件。MAX16161/MAX16162為微型nanoPower IC，靜態電流僅為825 nA，有助于延長系統電池壽命。

圖6 MAX16162的應用示意圖和相應的時序圖

關于作者

Suryash Rai自2016年以來一直在ADI公司擔任應用工程師，負責支持保護IC產品組合。他擁有卡納塔克邦國家技術學院的通信工程碩士學位。Suryash目前居住在加州圣何塞，愛好烹飪、旅行和交友。