電源監控器檢查電路：第 1 部分

我的電源正常嗎？我的微處理器怎么辦？如果出現問題怎么辦？仿真顯示了如果直流電壓下降會發生什么。

當微處理器的電源無法提供預期電壓時，微處理器可能會以不良方式運行。可能會發生錯誤，電路可能會意外復位，甚至出現故障。為了防止此類問題，許多設備使用電源監控 IC 將事物設置為已知狀態。以下模擬顯示了可能發生的情況以及如何防止它們。

圖 1.這是眾多可用的 POR 器件之一。（圖片來源：ADI公司）

許多公司，如ADI公司、德州儀器（TI）、ONSemi、恩智浦和Diodes Inc.，都生產監控設備。最近，ADI公司的電源監控IC產品發布出現在我的辦公桌上。其目的是檢測低于某個跳閘點的電源電壓。電源電壓過低可能會導致系統以不可預測的方式運行（盡管可能是非破壞性的）。例如，如果微處理器的主電源電壓（μP）下降一點，處理器可能會丟失并停止程序執行。為了解決這個問題，添加了一個監控IC，該IC斷言連接到μP（RESET）的邏輯低上電復位（POR）信號。見圖1。這將停止程序執行并從已知良好的狀態重新啟動程序。

但讓我們仔細考慮一下。如果電源電壓下降得更多怎么辦？監控 POR IC 在什么時候（隨著電源電壓下降）停止正常工作？它是否停止正常工作？如果 POR IC 有一個漏極開路，該漏極變為低電平以斷言 POR 條件，則如果 POR IC 失去自身輸出，該輸出是否保持低電平VCC? 是否可以想象μP可以在低于POR IC停止工作位置的電源電壓下工作？因為如果不是，那么監控IC需要自己的電源，并且該電源必須始終處于導通狀態。您可能希望考慮使用帶備用電池的電源。

圖2.LTC2934-1電壓監控器IC具有檢測兩個獨立電壓電平和產生兩個獨立漏極開路控制信號的功能。（圖片來源：ADI公司）

為了研究這可能如何發揮作用，我對LTC2934-1進行了LTSpice仿真。圖2顯示了器件內部功能塊的簡化原理圖。它有兩個比較器，可以檢測兩個獨立的電壓跳閘點。下面的一個產生反相電源故障輸出（PFO）控制信號，上面的一個在輕微的時間延遲后產生一個反相復位（RST）信號。在LTC2934-1版本中，輸出是漏極開路而不是有源上拉，因此您需要添加自己的上拉電阻。這兩個輸出可用于強制器件以受控方式復位。

圖 3.該LTC2934根據電源電壓電平控制系統。（圖片來源：ADI公司）

圖3顯示了連接到基于邏輯的通用系統（如微處理器）的器件。

為了簡化我的模擬，我使用較低的比較器生成 PFO 信號。span style=“text-decoration： overline;”>RST信號通過將ADJ輸入直接連接到VCC.我在電源故障輸入中添加了一個延遲電路（R3 和 C1），但安排了VCC在模擬開始時打開。這樣，我可以看到 span style=“text-decoration： overline;”>PFO 在正常作條件下有效。仿真電路如圖4所示。Spice 模擬假定所有內容都從 t = 0.0 秒開始。請注意，R1 和 R2 足夠大，它們對 R3 施加的負載可以忽略不計。

圖4.在該電路中，LTC2934-1被配置為一個簡單的上升電壓檢測器。（圖片來源：ADI公司）

哪里：

• VC= 電容器開始充電后指定時間的電容器電壓;

• VS= 電容器充電的電源電壓（在本例中為 10 V）;

• e = 歐拉常數，又稱自然對數中使用的底數，約為 2.71828;

• t = 正在考慮的電路通電后的時間（假設電容器放電，然后在 t = 0 秒時電路導通）;

• τ = RC 時間常數（在本例中為 100 毫秒）。

如果將經過的時間恰好是一個時間常數，則 e 上升到的指數只是 -1。如果你求解VS那VC電荷，您將得到公式 2a 到 2d 中所示的內容：

為了找出 C1 上的電壓達到特定值（以伏特為單位）需要多長時間（以秒為單位），我們可以對等式 1 進行一些代數作，類似于等式 2 中的上述步驟，如等式 3a 到 3d 所示：

從每邊減去 1，將兩邊乘以 –1，然后重新排列：

然后取每邊的自然對數，交換左右兩邊，我們得到：

我們想找出時間 t，因此我們將每邊乘以時間常數 τ，我們得到：

為了使C1或R2頂部的電壓達到0.42 V，我們可以代入公式3d中的已知值，如公式4a至4d所示：

我模擬了圖 4 中的電路，得到了圖 5 所示的結果。我用藍色箭頭標記了 PFO 的波形，因為它乍一看不是特別明顯，紅色箭頭顯示了 C1 上的上升電壓。這種模擬與我的計算值非常接近，讓我對我的模擬準確描述現實的能力充滿信心。

圖 5.LTC2934-1 仿真顯示 PFO 節點按預期在 4.8 毫秒左右捕捉 HI。

現在，如果VCC因為LTC2934與我們要監控的電壓同時上升？換句話說，如果我將電路更改為圖 6 所示，以便電源和監控的電壓同時上升，會發生什么？

圖6.LTC2934-1 與以前一樣被配置為簡單的上升電壓檢測器，但有一個重要的變化。（圖片來源：ADI公司）

我們將在第 2 部分中找到答案。

您是否使用過電源監控 IC？在評論中告訴我們您的經歷。你的設計中出現了哪些驚喜？