上電復位和相關監(jiān)控功能

本文介紹上電復位的功能以及與單電源和雙電源處理器一起使用時選擇其閾值電壓的策略。然后討論手動復位以及電源故障和低壓線路信號。本文演示了為什么避免離散 POR 和處理器內部的 POR。最后，對電壓排序、電壓跟蹤和復位排序進行了解釋。

上電復位 （POR） 的一項任務是確保處理器在首次通電時從已知地址啟動。為了完成該任務，POR 邏輯輸出在處理器電源首次打開時使處理器保持復位狀態(tài)。POR的第二個任務是防止處理器從該已知地址開始運行，直到發(fā)生三個事件：系統電源穩(wěn)定在適當的水平;處理器的時鐘已建立;并且內部寄存器已正確加載。POR 通過板載計時器完成第二項任務，該計時器在規(guī)定的時間段內繼續(xù)將處理器保持在復位狀態(tài)。該計時器在處理器的電源達到特定電壓閾值后觸發(fā)。經過設定的時間后，定時器失效，導致POR輸出變?yōu)榉腔顒訝顟B(tài)，從而使處理器退出復位并開始運行（圖1）。處理器的數據手冊規(guī)定了定時器延遲所需的持續(xù)時間。順便說一下，定時器是POR與電壓檢測器的區(qū)別，電壓檢測器也檢測電壓閾值，但不對事件進行計時。

圖1.POR使處理器保持復位狀態(tài)，直到電源電壓超過POR閾值和特定的延遲周期 已過去。

POR的卓越抗噪性（在監(jiān)視處理器時是必需的）也使其與電壓檢測器區(qū)分開來。這是因為當電源上出現小而快速的毛刺時，POR不應發(fā)出復位，因為處理器本身不會對此類毛刺做出反應。但是，長時間的小故障和持續(xù)時間短或長的大故障都可能導致處理器出現問題。因此，最好的方法是使用POR來檢查電源電壓干擾的大小和持續(xù)時間，以確定何時置位復位。目的是鏡像處理器自身的行為，并僅在需要時斷言重置，因為如果處理器工作正常，則重置處理器是沒有意義的。圖2是MAX6381/MAX6382數據資料中的圖表，詳細介紹了觸發(fā)復位所需的電源電壓干擾幅度/持續(xù)時間。該圖說明，當被監(jiān)控電源低于規(guī)定門限6381mV至少6382ms時，MAX100/MAX10發(fā)出復位信號。

圖2.POR是否產生復位取決于毛刺的幅度和持續(xù)時間。

如果電源電壓恢復到閾值以上，則 POR定時器允許復位信號僅在以下時間后取消置位 規(guī)定的間隔。

某些處理器提供雙向復位引腳 — 引腳 不僅可以接收復位信號，還可以 傳輸一個。乍一看，帶有開漏的 POR 在這種情況下，似乎需要輸出。 但是，其他注意事項適用，因為 處理器必須確定是它還是外部設備 已啟動重置。專門為此類 情況是必要的（參見MAX6314數據資料）。

確定 POR 閾值電壓 - 單電源處理器

確定正確的 POR 閾值水平和 該級別所需的精度經常被誤解。 為了闡明這些任務，假設處理器是 用于保證在 3.3V 電壓下精確工作 ±0.3V 電源電壓 - 具體而言，從 3.00V 到 3.60V. 電路板設計人員在以下情況下遵循以下兩種策略之一 選擇閾值電壓。

一種策略是確保3.3V的容差 供應足夠緊張，因此他們可以使用帶有 閾值加上完全保持在 ±0.3V范圍。在這種情況下，POR 閾值位于 介于供應范圍的低端（±3%）和 處理器允許電壓范圍的下限 （圖3a）。在此策略下，POR不會發(fā)行 電源在容差范圍內時的復位。然而， 當電源電壓 低于其容差水平，并保持在 保證處理器運行的范圍 正確。這可確保在 處理器可能在低于其 保證運營水平。

圖3.要確保處理器在電源電壓低于電源的指定電壓范圍且高于處理器允許電壓范圍的底部時復位，請選擇 POR 閾值，如圖 3a 所示。但是，選擇低于處理器允許電壓范圍的 POR 閾值（圖 3b）可以保證復位不會在該范圍內的任何地方發(fā)生，并允許使用容差更寬松的電源。

此策略的合適 POR 選擇是 MAX6381的門限范圍為3.00V至3.15V 過溫（圖3a）。包含此 POR 后， 處理器將在電源降至其以下后重置 指定電壓范圍，但在電源降至以下之前 處理器的指定電壓范圍。另外，鑒于 門限范圍的上限為3.15V，復位 當電源在其允許范圍內時，不會發(fā)生 范圍。但是，通過邊緣的電壓下降 連接電源電壓的連接器和電路板走線 處理器上可能導致處理器上的電壓 降至3.15V以下。在這種情況下，可能會發(fā)生重置 即使電源電壓在規(guī)格范圍內。一個 更嚴格的公差供應或更嚴格的公差 POR 閾值或兩者兼而有之是必要的。

這種設計方法更容易受到電源的影響 毛刺和噪聲，因為電源電壓可能 相當接近 POR 閾值（取決于 POR閾值和電源電壓在其容差范圍內）。 因此，此方法適用于系統 將毛刺和噪聲降至最低，并提供電源 公差很嚴格。

一些電路板設計人員采用第二種不同的策略 選擇 POR 閾值水平時。他們雇用 POR 閾值低于處理器的保證 工作電壓（在本例中為 3.00V）。這允許 處理器可在 允許的電壓，不會遇到復位。它還 允許更寬松的容差電源。這些設計師 假設在上電期間，電源 供應將繼續(xù)上升到POR閾值水平以上 并在其指定的電壓范圍內建立（3.20V 至 3.40V，在這種情況下）。預計這將在很久之前發(fā)生 POR 計時器超時，處理器開始 操作。通常，設計人員使用電源就緒信號 由一些電源提供，以保證電源 在其指定范圍內運行。

這些設計師并不關心 掉電條件。如果發(fā)生掉電，則 處理器可能遇到電源電壓下降的情況 低于其最低保證工作電壓，但 短暫高于 POR 閾值水平（低于 POR將生成重置）。通電時 通過該范圍內的電源電壓，處理器可以 操作錯誤。

與在處理器的 允許的電源電壓范圍，第二種方法是 更適合那些出現故障和 噪聲往往更大，因為POR閾值和 電源電壓相距更遠。如前所述 以上，這也允許更寬容差的電源。

具有閾值范圍的MAX6381版本 2.85V至3.0V的整個溫度是一個不錯的選擇， 因為閾值低于 處理器的允許范圍（圖3b）。一個也可以 使用容差大于此容差的電源 如圖 3 所示。

電路板設計人員偶爾會定位自己的權力 電源的標稱電壓接近 處理器的允許范圍，以降低功耗。 這樣做可能非常有效，因為功率 消耗與電源的平方成正比 電壓。給定允許的3.0V至3.6V范圍 處理器電壓，3.15V ±2% 電源為 適合，前提是沒有明顯的壓降 通過連接 供應給處理器。MAX6381 POR，帶 2.85V至3.0V閾值電壓范圍是合適的 選擇，如果噪音水平足夠低 防止錯誤重置。

確定 POR 閾值電壓 — 雙電源處理器

如果處理器需要另一個電源（例如，1.8V 內核） 電源）除了3.3V電源外，則設計可以 要求使用監(jiān)視兩個電壓的 POR。這種類型的 POR僅在兩個電源均高于時解除其復位 POR的兩個相應閾值和所需的閾值 超時期限已過。監(jiān)控兩個、三個、 并提供四種電壓。

監(jiān)視多個時，相同的選擇適用 電源或單個電源。對于雙電源情況（例如， 3.3V和1.8V），可以選擇使用一個帶兩個的POR。 高于或低于處理器閾值的閾值 最低保證工作電壓。此外，人們可以 使用低于保證操作的閾值 3.3V I/O電源的電壓和另一個閾值 高于 1.8V 的保證工作電壓 核心供應。一些電路板設計人員選擇后者 策略，因為有時處理器的核心是 比其 I/O 對低 電源電壓。

內核電源電壓持續(xù)下降 時間，從而降低POR閾值電壓 變得必要。MAX6736系列器件 提供低至 788mV 的門限，無需外部 電阻，使用外部電阻時低至 488mV。 這些閾值足夠低，可以監(jiān)控大多數現代 核心電壓。

對于低成本系統，一些電路設計人員選擇： 如果 3.3V 電源 從中衍生而來。他們假設如果1.8V電源 達到正確的電壓，3.3V電源將隨之而來。 對于需要更高可靠性的系統，設計人員通常 決定監(jiān)視這兩個電源。

手動復位

在 電源電壓保持在容差范圍內。不但 這個功能是用于調試和最終測試的，它是 當處理器鎖定時也很有價值 - 它允許 處理器在不關閉電源的情況下重新啟動。這 功能對那些具有以下特征的產品特別有用 永不斷電的處理器。它很常見 開/關開關，僅喚醒/掛起處理器 無需關閉處理器電源。

雖然是來自 I/O 線的邏輯信號，但看門狗 定時器或電源故障輸出通常會啟動手動 復位時，也可以使用按鈕開關。什么時候 按下，這種類型的開關通常會反彈，打開 并在適當的安頓之前關閉幾次 州。因此，大多數手動復位輸入包括 去抖動電路，忽略由 按鈕開關。

離散 POR 和內部 POR 處理器

使用由電阻器和電容器創(chuàng)建的分立 POR （圖4a）是一個冒險的命題。漲跌越長 這種類型的 POR 的輸出時間可以創(chuàng)建 某些處理器的問題，尤其是那些重置處理器的問題 輸入不包括施密特觸發(fā)器，適用于 雙向復位引腳。添加施密特觸發(fā)器會有所幫助 前一種情況，但也可能導致成本、空間和 啟動問題。

圖4.分立式 R/C POR （圖 4a） 對于大多數應用來說不夠可靠。在某些情況下，在電路中添加二極管 （圖4b）糾正了快速電源循環(huán)問題和 提高電路性能。

使用離散 POR 時會出現另一個問題 以及電源，在通電時緩慢上升 相對于 POR 時間常數。處理器可以 在它穩(wěn)定下來之前就從重置中出來。自 防止這個問題，R/C電路的時間常數 可能需要增加。此外，一些制造商 其處理器包括內部 POR，推薦 將 R/C（加上下面描述的二極管）添加到 如果電源緩慢啟動，則重置輸入。

如果電源在通電后有毛刺，則 R/C 電路可能會過濾該毛刺，從而防止復位 發(fā)生。此外，如果電源下降，則 處理器的復位引腳可能保持高于其 VIH, 這太高而無法發(fā)生重置。這可能會發(fā)生 即使電源已降至處理器的以下 最低保證工作電壓。這種情況會發(fā)生 因為復位引腳的 VIH通常低于 處理器的最低保證工作電壓。 如果電源關閉并且 然后快速再次開啟 — 電容器可能沒有足夠的電容 在電源重新打開之前放電的時間。

通過添加二極管（圖 4b），R/C 電路可以 響應毛刺，因為二極管會快速放電 出現毛刺時的電容器。故障必須 足夠大，以將復位引腳上的電壓降至 V伊利諾伊州（分鐘）。此外，前面列出的其他問題 對于沒有二極管的 R/C 電路，可能會 困擾著這個電路。但是，有時二極管確實會固定 快速循環(huán)電源時產生的問題 等等。

使用集成的 POR 對大多數人來說最有意義 設備，因為該設備不會產生這些問題。

使用處理器內部的 POR 也會導致困難。 這些 POR 經常存在不準確之處，并且可能 在較低電壓下出現問題。此外，一些 內部POR設置為在上電期間提供復位， 但當電源電壓在 掉電條件。一些制造商建議添加 適應該條件的分立電路。

最后，由多個電源供電的系統可能會造成 內部 POR 的另一個問題。例如，您 內部 POR 超時時可能會遇到問題 周期適用于其處理器，但不適用于外部處理器 電源電壓上升的電路（例如存儲器） 更慢。在這種情況下，解決方案將是外部 具有較長延遲時間的 POR，可同時監(jiān)控 處理器和外部電路電源。

電源故障和低線信號

包括電源故障或低線路的監(jiān)控電路 信號警告處理器掉電或通電 失敗迫在眉睫。當這些信號中的任何一個中斷時 處理器，處理器可以進入掉電狀態(tài) 常規(guī)。此例程會導致處理器停止其 當前活動并在 POR 將處理器置于重置狀態(tài)。

要創(chuàng)建電源故障信號，管理引擎的電源故障 比較器監(jiān)視未穩(wěn)壓的直流電壓（或一些 其他上游穩(wěn)壓）。該電壓為 穩(wěn)壓器，為處理器和監(jiān)控器供電 電路。未穩(wěn)壓電壓在 穩(wěn)壓器的電壓，因為穩(wěn)壓器的輸出 電容器保持其輸出電壓（圖 5）。因此，一個 未穩(wěn)壓的下降表示可能下降 在穩(wěn)壓器的電壓中。檢測跌落并中斷 處理器允許處理器輸入其 復位前的斷電例程（如果電源） 電壓要降得足夠低。

圖5.MAX6342中的電源故障比較器通過監(jiān)測未穩(wěn)壓直流電源是否壓降來產生電源故障信號（PFO-bar）。

當無法訪問未調節(jié)電壓（或 上游穩(wěn)壓），處理器仍可接收 即將發(fā)生電源故障的警告。那個警告 可能來自提供低線的主管 信號，每當監(jiān)控電源時激活 電源降至略高于復位門限的水平 （例如，150mV以上）。因此，低線信號警告 電源電壓可能降低的處理器 足以導致 POR 發(fā)出重置。在這里，與 電源故障比較器的信號，處理器備份 預期POR生成的重要數據 由于掉電或電源故障而復位。

電壓排序和電壓跟蹤

大多數處理器數據手冊由兩個電源供電 指定供應的出現順序。 MAX6819/MAX6820等器件可以對 以適當的順序供應。如果處理器的電源 順序不正確，處理器可能會閂鎖， 啟動不正確，或承受長期可靠性下降。 有時，各種電源電壓不是 本地生成（例如，它們來自主系統 公共汽車、外部購買的銀盒或用品 不包括使能和電源就緒引腳，這些引腳有助于 排序）。在這種情況下，通電和關機 測序可能難以控制或預測，因此 需要電壓排序IC。這種類型的 當電阻和電容不同時，也需要IC 負載影響各種 用品。這使得很難預測順序 電源上下電。

對兩個電源進行排序的獨特方法是 在MAX6741/MAX6744中。這些設備工作 首先允許一個電源上電。然后，在 延遲期間，它們允許第二個電源 通過發(fā)出電源就緒信號來通電，該信號需要 電源關閉。在兩個供應都啟動后，并且 另一個時間延遲過去了，MAX6741/MAX6744 復位信號取消置位。

某些處理器要求兩個電源跟蹤每個電源 其他在通電期間。在這種情況下，MAX5039/MAX5040可以通過箝位實現跟蹤 一起供電，直到低壓電源達到其 最終電壓。此時，高壓電源 自由地繼續(xù)到其最終電壓。

重置排序

當電路包含兩個處理器時，通常一個處理器 處理器必須在第二個之前退出復位。 以前，電路板設計人員將兩個 POR 連接在一起以 處理此要求。第一個 POR 的輸出兩者 復位第一個處理器并控制手動復位 秒的輸入。第二個 POR 輸出復位 第二個處理器（或在某些情況下，內存）。 目前，具有時間交錯復位輸出的雙 POR 是 可用于此任務（圖 6）。這些 POR 斷言兩者 每當主電源電壓（3.3V，輸入）時復位輸出 圖 6） 偏離 POR 內部設置的閾值。 （從屬 POR 在主節(jié)點之前稍稍斷言。一次 電源返回高于此閾值，是兩個閾值之一 復位輸出在其計時器超時后取消斷位 （圖1中的/RESET6）。對于第二個 POR 啟動其 定時器并取消斷言其輸出，必須滿足兩個條件： /復位有效必須取消置位;和從電源電壓， 由第二個 POR 監(jiān)控，必須高于閾值 由外部電阻器設置。如果電源電壓相同供電 兩個處理器，RSTIN2可以直接連接到 電源而不是使用分壓器。

圖6.該電路通過監(jiān)視為兩個處理器供電的電源，允許主處理器在從機之前退出復位狀態(tài)。

對于圖6392所示的MAX6，第二個POR 輸出總是在第一個輸出后復位出來。在 事實上，它從重置中出來的指定時間是 從第一個輸出取消斷言的時間開始測量。 因此，圖6電路迫使從處理器 主處理器啟動后退出復位 經營。第二個POR延遲時間可以增加 通過在IC上增加一個電容器。

如果需要對三個處理器進行排序，DS1830可以 被考慮。該設備中的三個 POR 工作 最小復位周期為 10ms、50ms 和 100ms 從電源電壓越過 POR 時起 門檻。單個邏輯引腳允許乘以這些 將周期重置為兩倍或五倍。

結論

雖然選擇合適的微處理器監(jiān)控器 正確操作它通常很簡單， 這項工作的某些方面可能需要仔細 規(guī)劃。開機復位就是這種情況。選擇 兩種功率的正確電壓和容差 電源和POR閾值需要一些思考。 此外，值得考慮的是更新的設備 滿足處理器要求，如多電壓 復位、復位時序、電源時序和 電壓跟蹤。

審核編輯：郭婷