可編程四電源管理器件為多電壓監(jiān)視應(yīng)用帶來了無比的靈活性

概要
與當(dāng)前市場上的電源管理器件相比，LTC2900、LTC2901、LTC2902三種新型的器件可以提供更加精確的復(fù)位門限，從而大大的提高了系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，可以縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、降低制造成本且易于使用，具有接口靈活和所需外圍器件少的優(yōu)點(diǎn)。
此三種電源管理器件可以同時(shí)監(jiān)視四個(gè)電壓，而且在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的門限精度為1.5%。每個(gè)器件提供16種使用者可選的四電壓組合：5V、3.3V、3V、2.5V、1.8V、1.5V、+ADJ以及-ADJ。通過簡單的外圍電阻分壓器來實(shí)現(xiàn)單管腳編程，從而避免了使用許多器件來實(shí)現(xiàn)不同的電源組合。這三個(gè)電源管理器件都可以承受5％的電源波動，其中LTC2902還可以通過編程使其工作在7.5％、10％、12.5％的電源波動范圍下。這些新型器件不需要軟件來控制，也不需校準(zhǔn)和修正。在一些應(yīng)用中，不需要任何外圍器件就可以直接工作，這樣就大大的節(jié)約了電路板的空間和成本。器件還具有手動復(fù)位、看門狗功能、可選輸入電源精度和裕量。通過調(diào)節(jié)外部電容，使用者可以調(diào)整復(fù)位和看門狗定時(shí)參數(shù)。
LTC2900、LTC2901、LTC2902電源管理器件具有微功耗、體積小、高精度和多復(fù)位輸出的功能。廣泛的集成功能使得這些器件很容易被應(yīng)用到多電壓管理系統(tǒng)中。表1列出了器件所具有的特征。圖1是使用LTC2900-2來實(shí)現(xiàn)四電源管理并帶有按鈕復(fù)位功能的典型應(yīng)用。

安全啟動：產(chǎn)生上電復(fù)位(POR)
在許多系統(tǒng)中，要使系統(tǒng)可靠的運(yùn)行，獲得關(guān)于電源何時(shí)超過最小門限和在指定的時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行等信息是非常重要的。而獲得這些信息的方法之一就是從高精度電壓監(jiān)視器中產(chǎn)生一個(gè)可靠性高的上電復(fù)位(POR)信號。
微處理器是需要可靠POR信號的典型例子。在所有電源電壓到達(dá)安全門限前(不考慮系統(tǒng)是否上電)，LTC2900、LTC2901、LTC2902可以避免處理器執(zhí)行錯誤的指令。而且如果任何電壓超過門限范圍足夠長的持續(xù)時(shí)間且幅度較大，那么復(fù)位信號將不斷的重新發(fā)送。只有電壓返回到門限電壓以上而且持續(xù)一定的時(shí)間，復(fù)位信號線才會得到釋放。
為了建立正確的復(fù)位邏輯狀態(tài)，復(fù)位驅(qū)動電路必須在上電初就開始工作。LTC2900、LTC2901、LTC2902監(jiān)視器件自動的在V1和V2輸入電壓的較大者中獲得電壓而工作。隨著V1或V2接近1V或者較大，復(fù)位輸出信號指定為邏輯低0.3V(最大)，而吸收電流為100mA。

單芯片提供所有電壓監(jiān)視：單管腳編程
即使在系統(tǒng)電壓沒有最后確定的情況下，使用者仍然可以很自由的選擇LTC2900、LTC2901、LTC2902來實(shí)現(xiàn)多電壓監(jiān)視。如圖2所示，使用者只需在VREF和GND之間連接一個(gè)電阻分壓器，并把分流點(diǎn)連接到管腳VPG就可獲得所需的電壓組合?？删幊踢^程出現(xiàn)在上電期間，并且該過程對使用者透明。表2列出了編程實(shí)現(xiàn)不同電壓組合時(shí)推薦用1％的電阻阻值，表中的最后一列是當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)DAC編程時(shí)的優(yōu)化VPG/VREF比(±0.01)。

圖1  使用LTC2900-2實(shí)現(xiàn)4線電壓監(jiān)視的典型應(yīng)用

圖2  編程電壓監(jiān)視模式(電阻R1和R2參考表2)

監(jiān)視正負(fù)電壓：配置可調(diào)輸入
對于表2中沒列出的電壓監(jiān)視，可以使用正調(diào)節(jié)ADJ和負(fù)調(diào)節(jié)－ADJ輸入來實(shí)現(xiàn)。圖3是實(shí)現(xiàn)正調(diào)節(jié)應(yīng)用的常見電路，V3或V4可調(diào)的正輸入范圍設(shè)定為0.5V。對于大多數(shù)的正調(diào)節(jié)應(yīng)用來說，外接電阻(R3、R4)上的引出點(diǎn)直接連接到V3或V4的高阻抗處。
圖4是實(shí)現(xiàn)負(fù)調(diào)節(jié)應(yīng)用的常見電路，V4輸入的負(fù)調(diào)節(jié)門限通常連接到地。在負(fù)調(diào)節(jié)應(yīng)用中，外接電阻(R3、R4)上的引出點(diǎn)常位于負(fù)電壓和VREF 之間并連接到高阻抗輸入管腳V4。管腳VREF上的壓值(額定1.21V)提供了在地附近水平漂移工作時(shí)所需的電壓。在整個(gè)工作溫度范圍-40℃~85℃內(nèi)，VREF能夠提供和吸收大約1mA的電流。
利用正調(diào)節(jié)輸入，也可以監(jiān)視0~0.5V電壓。與負(fù)調(diào)節(jié)應(yīng)用中的補(bǔ)償相似，在VREF和V3(V4)之間、VREF和監(jiān)視電壓之間加電阻。

優(yōu)質(zhì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)：考慮門限精度和噪音敏感度
系統(tǒng)的可靠性依賴電源復(fù)位門限在溫度和功率變化范圍內(nèi)保持高的精度。電源監(jiān)視器件LTC2900、LTC2901、LTC2902在整個(gè)溫度范圍內(nèi)都具有相同的門限精度：額定輸入電壓的±1.5％(見圖5)。
在任何電源監(jiān)視應(yīng)用中，電源噪音的波動都可能導(dǎo)致誤復(fù)位，尤其是當(dāng)監(jiān)視電壓接近復(fù)位門限時(shí)更為明顯。
一個(gè)常用的解決方法是在輸入比較器處增加一個(gè)滯后電路，滯后量通常由跟蹤門限的百分比來確定。一般說來，實(shí)際的跟蹤門限精度通常確定為所用器件的工作精度。但是這種方法會降低精度，因而沒有應(yīng)用到LTC2900、LTC2901、LTC2902器件中。
為了減小誤復(fù)位同時(shí)保證系統(tǒng)的精度，可以采用噪音濾波的兩種方式。第一種方式采用比較器動態(tài)響應(yīng)的自適應(yīng)模式。從比較器件集成電路中接受到的動態(tài)事件必須具有足夠長的持續(xù)時(shí)間和幅度而保證比較器產(chǎn)生正確的開關(guān)信號。圖6是跟蹤比較器所需的典型的動態(tài)持續(xù)時(shí)間和比較器過驅(qū)動(跟蹤門限VRTX百分比)之間的關(guān)系曲線圖。
第二種方式使用可控的復(fù)位輸出時(shí)間周期(tRST)或復(fù)位延時(shí)時(shí)間可調(diào)模式。通過在CRT管腳和地之間接入電容CRT來調(diào)節(jié)復(fù)位輸出時(shí)間周期。當(dāng)某個(gè)電源電壓超出門限后，復(fù)位線被拉低。僅當(dāng)輸入返回到門限以上后，復(fù)位輸出時(shí)間計(jì)數(shù)器才開始計(jì)數(shù)。當(dāng)輸入電壓降回到輸入門限外后，計(jì)數(shù)器將被清零。對于頻率器件產(chǎn)生的噪音輸入只有在頻率超過1/tRST時(shí)復(fù)位線才保持低，從而避免了復(fù)位線邏輯狀態(tài)的擺動。
盡管四個(gè)電源管理器件都帶有內(nèi)置的短時(shí)脈沖波形干擾濾波電路，但是仍然推薦在V1和V2上使用旁路電容。因?yàn)閂1和V2的較大者也是芯片的VCC(大多數(shù)應(yīng)用中0.1mF的陶瓷電容可滿足要求)。在環(huán)境噪音惡劣的條件下，V3和V4輸入管腳上也推薦增加濾波電容。

圖3  設(shè)置正調(diào)節(jié)跟蹤點(diǎn)
VTRIP=0.5V(1+R3/R4)

圖4  設(shè)置負(fù)調(diào)節(jié)跟蹤點(diǎn)
VTRIP=-VREF(R3/R4)

圖5  門限精度和溫度之間的關(guān)系曲線
(LTC2900、LTC2901和LTC2902)

可調(diào)的復(fù)位輸出時(shí)間周期
為了滿足不同的應(yīng)用場合，復(fù)位輸出時(shí)間周期(tRST)通常是可調(diào)節(jié)的。通過在CRT管腳和地之間連接一個(gè)電容CRT既可實(shí)現(xiàn)周期可調(diào)。電容值由下式確定：
CRT＝tRST*217*10-9
其中CRT單位為Farads，tRST單位為秒。最大復(fù)位輸出周期受最大可用低漏電容限制，輸出時(shí)間周期的精度也受電容泄漏和精度的影響。為了保持時(shí)間精度，電容的泄漏電流必須低于2mA。

復(fù)位輸出可選和獨(dú)立的比較器輸出
復(fù)位輸出可在兩種方式下工作：開路耗散式(LTC2900-1、LTC2901-1、LTC2902-1)和推拉式(LTC2900-2、LTC2901-2、LTC2902-2)。開路耗散式輸出帶有一個(gè)小的上拉電流源輸入到管腳V2，因此當(dāng)輸出需要上拉到一個(gè)較高的電壓或者復(fù)位輸出需要一個(gè)較快的上升時(shí)間時(shí)就需要外接一個(gè)上拉電阻。開路耗散式輸出允許線OR連接，所以當(dāng)有很多的復(fù)位線需要拉低時(shí)很方便使用。在LTC2901和LTC2902的非延時(shí)獨(dú)立比較器輸出上也帶有開路耗散輸出的上拉特性。當(dāng)外部上拉電壓大于V2時(shí)，內(nèi)部保護(hù)網(wǎng)絡(luò)自動使能而保護(hù)上拉電路。

圖6  跟蹤比較器所需的典型的動態(tài)持續(xù)時(shí)間和比較器過驅(qū)動之間的關(guān)系曲線圖

圖7  兩個(gè)管理器件級聯(lián)實(shí)現(xiàn)8電壓監(jiān)視原理圖

圖8  使用LTC2901-2來監(jiān)視輸入、輸出、反饋電壓以及DC/DC控制器上的低負(fù)載情況。在這種應(yīng)用中，控制器為使用3.3V輸入、1.8V輸出的LT1772

圖9  使用四電源監(jiān)視器件來實(shí)現(xiàn)不對稱滯后容限

表2  電壓門限編程

表3：LTC2902門限編程
推拉式復(fù)位輸出帶有一個(gè)耐壓的主動式上拉電容連接到V2，所以具有快速、低電壓降的上拉特征。在推拉式復(fù)位輸出應(yīng)用中不推薦使用線OR以及外部上拉進(jìn)行OR功能。

當(dāng)VCC降到0V時(shí)確保有效復(fù)位
在有些應(yīng)用中，當(dāng)電壓VCC下降到0V時(shí)，需要復(fù)位輸出仍然有效。LTC2900-2、LTC2901-2和LTC2902-2中連接一個(gè)外部電阻，在管腳和地之間就可實(shí)現(xiàn)這種功能。外部電阻提供了一個(gè)荷電或者漏電流旁路，從而可以避免當(dāng)連接一個(gè)高阻抗(如CMOS邏輯)輸入時(shí)，輸出降到所需電壓以下。其中，為了減小上拉電路的額外負(fù)載且下拉功能有效，電阻的阻值應(yīng)該取得足夠的小。如果阻值太大，下拉功能一般不會很好。在大多數(shù)的應(yīng)用中，100kW即可滿足要求。

LTC2900的手動復(fù)位特征
LTC2900上的管腳可以實(shí)現(xiàn)手動復(fù)位或者按鈕復(fù)位，從而保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)迫復(fù)位，通常是在和地之間接入一個(gè)按鈕開關(guān)。內(nèi)部10mA地電流源可把管腳拉到VCC。復(fù)位電路電容CRT的延時(shí)使開關(guān)自動復(fù)位。若所監(jiān)視的四個(gè)電壓輸入都在門限電壓以上，管腳上的邏輯低會把也拉低，當(dāng)返回高時(shí)，在復(fù)位時(shí)間周期過后也恢復(fù)高。管腳也可被邏輯信號驅(qū)動，其輸入最大門限是1.6V，使得該管腳可被低電壓邏輯驅(qū)動。圖7是使用兩片監(jiān)視器件LTC2900-2實(shí)現(xiàn)級聯(lián)從而監(jiān)視8電源的原理圖。其中，第一個(gè)監(jiān)視器件的復(fù)位輸出連接到第二個(gè)器件的輸入，從而保證當(dāng)?shù)谝粋€(gè)監(jiān)視器件的輸入電壓降到門限以下后，主復(fù)位保持低。當(dāng)8個(gè)電壓都在門限電壓以上時(shí)，第二個(gè)復(fù)位延時(shí)過后，主復(fù)位才釋放。

LTC2901的獨(dú)立看門狗特征
LTC2901帶有由看門狗輸入(WDI)、看門狗輸出()和定時(shí)器管腳(CWT)構(gòu)成的獨(dú)立看門狗電路，并且看門狗輸出時(shí)間周期可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。監(jiān)視器件上的任何欠壓都會導(dǎo)致變低，從而清除看門狗定時(shí)器而把拉高。當(dāng)變高時(shí)看門狗定時(shí)器開始計(jì)數(shù)。WDI管腳上接受到的并發(fā)上升或下降邊沿也會清零看門狗定時(shí)器。在看門狗時(shí)間輸出周期內(nèi)，如果沒有接受到任何邊沿信號，那么將變低，只有當(dāng)WDI接受到另外一個(gè)邊沿信號或者另外一個(gè)欠壓條件出現(xiàn)時(shí)，才變高，否則將保持低，看門狗定時(shí)器將保持清零狀態(tài)。
看門狗功能通常用來監(jiān)視微處理器的運(yùn)行，若微處理器非正常運(yùn)行，會發(fā)送一個(gè)邊沿信號給WDI管腳。如果看門狗輸出管腳連接到非屏蔽中斷管腳(NMI)，那么看門狗定時(shí)器會促使微處理器執(zhí)行中斷程序，從而實(shí)現(xiàn)程序復(fù)位。例如電機(jī)的運(yùn)行就可以非使能，互鎖功能處于使能，此時(shí)重要的數(shù)據(jù)就可寫到NVRAM。
看門狗輸出時(shí)間周期(tWD)可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。通過連接電容CWT到CWT管腳和地之間從而設(shè)定看門狗輸出時(shí)間周期。電容值通常由下式確定：
CWT＝tWD*50*10-9
其中，CWT單位為F；tWD單位為秒。最大輸出周期受最大可用低漏電容限制。輸出時(shí)間周期的精度也受電容泄漏和精度的影響。為了保持時(shí)間精度，電容的泄漏電流必須低于2mA。
  通過給管腳WDI輸入周期性邏輯信號，看門狗電路也能被用作時(shí)鐘或者頻率監(jiān)視器。如果在比看門狗輸出時(shí)間周期還長的時(shí)間內(nèi)輸入信號沒有被激活，信號線將被拉低，表明周期輸入中有損失信息。圖8是使用LTC2901來實(shí)監(jiān)視一個(gè)開關(guān)調(diào)節(jié)器的原理圖。其中，3.3V輸入、1.8V輸出和反饋到LTC1772的電壓信號都能得到監(jiān)視。而且，如果負(fù)載電路處于開路狀態(tài)，LTC1772就切換到Burst模式工作，從而減小了門M1的占空比。如果脈寬超過看門狗的時(shí)間輸出周期，那么看門狗輸出下降表明系統(tǒng)處于低負(fù)載運(yùn)行。

使用LTC2902進(jìn)行電源電壓裕量測試
在高可靠性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測試中，驗(yàn)證系統(tǒng)電氣元件在額定電源容限范圍內(nèi)正確工作是很必需的。對于LTC2902，有兩種方法對其進(jìn)行測試。第一種方法，讓復(fù)位非使能管腳拉低，從而強(qiáng)迫輸出為高，保持為低，當(dāng)調(diào)節(jié)電源電壓降到門限以下時(shí)，不會產(chǎn)生復(fù)位信號?？紤]到單電壓監(jiān)視，無論是低還是高，獨(dú)立比較器輸出都應(yīng)當(dāng)正常工作。第二種方法，允許通過降低跟蹤門限而增大可測試的電壓范圍。使用數(shù)字誤差的編程輸入(T0，T1)，總的電源容限可以設(shè)置為5％、7.5％、10％或者12.5％(表3)。
當(dāng)聯(lián)合使用正負(fù)可調(diào)節(jié)輸入和容限編程時(shí)，外部電阻阻值只需基于5％的容限范圍確定即可。因?yàn)閰⒖茧妷篤REF相應(yīng)的成比例變化，所以只要外部電阻的誤差容限被確定，其它門限模式(7.5％、10％、12.5％)既可自動確定。圖9是使用LTC2902實(shí)現(xiàn)不對稱滯后電源監(jiān)視的應(yīng)用，當(dāng)電源電壓上升時(shí)有5％的容限，而當(dāng)所有電源電壓超過5％的門限時(shí)具有12.5％的容限。

結(jié)語
LTC2900、LTC2901、LTC2902微功耗四電壓監(jiān)視器件在多電壓監(jiān)視應(yīng)用中帶來了很大的靈活性、可靠性和精確性，僅需一個(gè)器件即可滿足目前和未來的大多數(shù)應(yīng)用場合?？梢酝ㄟ^編程實(shí)現(xiàn)輸入電壓組合、正負(fù)調(diào)節(jié)門限。在工作溫度范圍內(nèi)，比較器具有1.5％的精度以及內(nèi)置抗噪功能。即使VCC降到1V，復(fù)位邏輯仍然可以保持正確，并具有開路耗散輸出和推拉輸出兩種模式。通過外部電容，可以實(shí)現(xiàn)不同的復(fù)位定時(shí)和看門狗定時(shí)。電源裕量具有實(shí)時(shí)電壓門限選擇和一個(gè)隨選復(fù)位非使能的特征。