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采用看門狗與上電復(fù)位的功能保持系統(tǒng)完整性

電子設(shè)計(jì) ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2019-01-23 08:25 ? 次閱讀

由于有如此多的微處理器微控制器制造商集成了片上監(jiān)控電路,您可能想知道為什么分立式看門狗,上電復(fù)位,處理器伙伴和監(jiān)控芯片仍然蓬勃發(fā)展。

快速回答一個(gè)簡(jiǎn)單的功能,如重置可能會(huì)導(dǎo)致問題。不同的應(yīng)用對(duì)微控制器(MCU)的啟動(dòng)和斷電順序施加了非常不同的條件;外部獨(dú)立監(jiān)管機(jī)構(gòu)可以為集成單位提供一層保證。

本文介紹了可用于確保處理器不會(huì)進(jìn)入未知狀態(tài)或在不需要時(shí)重置的處理器配套芯片。它比較了這些通用部件的功能和優(yōu)點(diǎn),這些通用部件幾乎可以連接到任何具有復(fù)位或高電平中斷的MCU。

本文將研究簡(jiǎn)單的上電復(fù)位,電壓監(jiān)控和看門狗功能。后續(xù)文章將討論智能復(fù)位,系統(tǒng)管理器,智能開/關(guān)控制器,多電壓監(jiān)控器,順控器以及具有非易失性和電池供電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和存儲(chǔ)器的器件。

上電復(fù)位

提供重要服務(wù)的最簡(jiǎn)單功能是上電復(fù)位。這些部件向設(shè)計(jì)人員保證,如果輸入電壓不穩(wěn)定且高于某個(gè)預(yù)定閾值,系統(tǒng)將不會(huì)過早上電。片狀復(fù)位脈沖持續(xù)時(shí)間不足以滿足處理器的最小脈沖寬度,可能導(dǎo)致處理器從一開始就失控。

選擇正確的上電復(fù)位時(shí),您有選項(xiàng)和固定約束。例如,固定約束可能是有效的高或低復(fù)位脈沖,必須與處理器的復(fù)位或中斷級(jí)別配對(duì)。您施加的約束是重置超時(shí)和閾值級(jí)別。

許多上電復(fù)位使用電壓電平監(jiān)控。電壓監(jiān)控的附加功能越來越重要,因?yàn)檩^低電壓微電腦取決于電池功率和/或環(huán)境能量收集以監(jiān)控或控制真實(shí)世界狀況。功率穩(wěn)定性是關(guān)鍵,因?yàn)殡妷涸降停瑢?duì)噪聲的敏感度越高。 5 V處理器可能看不到RF發(fā)射器鍵控的影響,但1.8 V處理器可能會(huì),特別是如果能量?jī)?chǔ)備很低。

毫無疑問,微控制器制造商在添加模擬比較器運(yùn)算放大器方面做得非常出色,如果功率過低,可以用它們觸發(fā)有序關(guān)機(jī)。然而,如果沒有保持大量的數(shù)字邏輯和模擬模塊存活,微型電流可以以更少的電流睡眠。通常,小型離散監(jiān)控器可以比微處理器消耗更少的電流并保持良好的模擬分辨率。

許多低成本部件都是固定用于特定電壓的系統(tǒng)。 Maxim提供了一種非常易于使用的器件。 Maxim MAX699CWE +低成本,上電復(fù)位和看門狗控制器(圖1),專為5 V系統(tǒng)而設(shè)計(jì),提供低電平有效復(fù)位脈沖,上電,斷電和低壓掉電條件。這種固定功能的看門狗功能取決于來自微型的穩(wěn)定脈沖序列。如果看門狗芯片沒有看到脈沖超過一秒鐘,則發(fā)出復(fù)位脈沖。

采用看門狗與上電復(fù)位的功能保持系統(tǒng)完整性

圖1:Maxim的低成本上電復(fù)位和看門狗芯片的非?;镜墓δ苁窃S多人需要確保微控制器不被鎖定的一個(gè)未知或有故障的狀態(tài)。只需一個(gè)外部上拉電阻即可將其與5 V micro連接。

3 V系統(tǒng)的類似部件來自意法半導(dǎo)體及其STM708SM6F監(jiān)控器和看門狗芯片。與Maxim部分一樣,它具有固定的看門狗持續(xù)時(shí)間。如果它在1.6秒間隔內(nèi)沒有看到來自微型的“我活著”脈沖,它將發(fā)出一個(gè)復(fù)位脈沖(典型值為200 ms)。該部分提供雙軌輸出以及電源故障輸出,如果功率下降到可接受的閾值以下,則可以提醒微電腦。如果系統(tǒng)電壓下降,將二極管電容器放置在微型電壓的VCC上將使它有更多的時(shí)間以有序的方式關(guān)閉(圖2)。

采用看門狗與上電復(fù)位的功能保持系統(tǒng)完整性

圖2:某些看門狗上的電源失效選項(xiàng)允許您向微型電腦添加一個(gè)小電荷存儲(chǔ)器,這可以讓它有足夠的時(shí)間在電源故障即將來臨時(shí)以有序和可恢復(fù)的方式關(guān)閉。

一個(gè)不錯(cuò)的解決方案來自ADI公司的ADM63xx系列監(jiān)控電路,具有看門狗和手動(dòng)復(fù)位功能。 ADM6316DZ26ARJZ-R7等器件提供26個(gè)閾值選項(xiàng),從2.5到5 V,步長(zhǎng)為100 mV,4個(gè)復(fù)位超時(shí)選項(xiàng),從1 ms到1.12 s。手動(dòng)復(fù)位引腳還通過可選的開漏或推挽式輸出觸發(fā)可靠的復(fù)位脈沖。這些小型SOT 23-5器件功耗低于5μA,具有非?;镜膹?fù)位時(shí)序和看門狗時(shí)序特性(圖3)。

采用看門狗與上電復(fù)位的功能保持系統(tǒng)完整性

圖3:基本復(fù)位(左)和看門狗定時(shí)(右)功能跟蹤電壓穩(wěn)定性和固定或用戶定義的閾值電平。

用戶級(jí)可調(diào)整性

嘗試使用固定參數(shù)來適應(yīng)每種情況可能適用于大多數(shù)應(yīng)用程序,但工程師需要對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)和調(diào)整,以便從電源中擠出最后一點(diǎn)能量。在這里,可調(diào)節(jié)水平選擇可以幫助。例如,采用SOT-23-5 Intersil ISL88014IH5Z-TK低電平有效,200 ms(最小值)開集電極上電復(fù)位,可調(diào)節(jié)或可選擇閾值電平。外部電容可以增加超時(shí)延遲。該器件是雙電壓監(jiān)視器,具有2.5,3,3.3和5 V的可選固定輸入電平,以及可調(diào)節(jié)電平,可降至0.6 V,精度為1.5%。

高低導(dǎo)軌均可用作開路集電極,漏極開路,推挽式或圖騰柱式輸出。 5.5μA的低電源電流也很有吸引力。 Intersil電壓監(jiān)控器的培訓(xùn)模塊在Digi-Key網(wǎng)站上在線。

ROHM還有一系列上電復(fù)位和看門狗器件,具有用戶可選擇的閾值和復(fù)位持續(xù)時(shí)間。諸如BD37A41FVM-TR之類的MSOP8高電平有效部件和諸如BD87A34FVM-TR之類的低電平有效部件可以檢測(cè)1.9到4.1 V電平。復(fù)位延遲時(shí)間和看門狗定時(shí)器監(jiān)視器電平可以使用外部電容獨(dú)立設(shè)置。與此類器件中的其他器件一樣,5μA通常是電流消耗,1.5%的精度很容易達(dá)到(圖4)。

采用看門狗與上電復(fù)位的功能保持系統(tǒng)完整性

圖4:具有看門狗定時(shí)器的ROHM電壓檢測(cè)器IC的高電平有效(BD37A - 左)和低電平有效(BD87A - 右)版本具有可選閾值和用戶定義的復(fù)位延遲時(shí)間以及通過外部電容器的看門狗定時(shí)器延遲。

系統(tǒng)解決方案

雖然許多看門狗器件使用R/C時(shí)序來設(shè)置延遲,但Maxim MAX6374KA + T引腳可選看門狗定時(shí)器采用了一種有趣的方法。該部分有效地使用數(shù)字解復(fù)用器來實(shí)現(xiàn)靜態(tài)或動(dòng)態(tài)看門狗功能。

有三個(gè)SET輸入可以綁定到VSS或VCC,以有效地從200μs到60 s中選擇八個(gè)固定或預(yù)設(shè)啟動(dòng)延遲中的一個(gè),并且看門狗間隔從30μs到60 s(圖5)。這可能意味著一部分可以針對(duì)特定應(yīng)用硬連線,或者由處理器動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)以在固件可以利用這一點(diǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的監(jiān)督能力。

采用看門狗與上電復(fù)位的功能保持系統(tǒng)完整性

圖5:基于控制邏輯的時(shí)序選擇允許將一個(gè)部件綁定到特定設(shè)計(jì)或允許更高級(jí)別的動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能。例如,如果未發(fā)生定期調(diào)度的監(jiān)視程序事件,則監(jiān)視程序狀態(tài)輸出可以生成高級(jí)別中斷。處理器可以啟動(dòng)恢復(fù)例程并將監(jiān)視器狀態(tài)更改為更長(zhǎng)的時(shí)間段以允許恢復(fù)。如果向處理器發(fā)出較長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的看門狗脈沖,它將知道密鑰進(jìn)程被鎖定且尚未恢復(fù),并且可以控制更大量的重啟或重啟。

總結(jié)

正如我們所討論的那樣,具有分立的上電復(fù)位和看門狗可以幫助確保可靠的處理器操作。此外,向配套處理器添加功能允許更高級(jí)別的功能來保持系統(tǒng)完整性。處理器和配套部件不是由集成的上電復(fù)位和看門狗推動(dòng),而是為工程師提供更大的設(shè)計(jì)靈活性。

隨后的文章將研究智能復(fù)位,系統(tǒng)管理器,智能開/關(guān)控制器,多電壓監(jiān)控器,順控器以及具有非易失性和電池供電的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和存儲(chǔ)器的器件。

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