摘要

　　電壓監(jiān)控器通過(guò)監(jiān)控電源,，在電源發(fā)生故障時(shí)將微控制器置于復(fù)位模式，可防止系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤和故障,，從而提高基于微控制器系統(tǒng)的可靠性,。然而，噪聲,、電壓毛刺和瞬變等電源缺陷都可能會(huì)導(dǎo)致誤復(fù)位問(wèn)題,，從而影響系統(tǒng)行為。本文介紹電壓監(jiān)控器如何解決可能觸發(fā)誤復(fù)位的因素,，以提高系統(tǒng)性能和可靠性,。

　　簡(jiǎn)介

　　對(duì)于需要使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）、微處理器,、數(shù)字信號(hào)處理器和微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的應(yīng)用,，都必須確保各器件能夠安全可靠地運(yùn)行。由于這些器件只能在一定的電源容差范圍內(nèi)運(yùn)行,，因此對(duì)電源的要求很高,。1電壓監(jiān)控器可用于保持系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。當(dāng)電源出現(xiàn)意外故障（例如欠壓或過(guò)壓）時(shí),，電壓監(jiān)控器可立即觸發(fā)操作,，將系統(tǒng)置于重置模式。然而,，它在監(jiān)控電源軌中的電壓時(shí)也會(huì)面對(duì)一些干擾因素,，這可能會(huì)觸發(fā)不必要的誤復(fù)位輸出。這些干擾包括電源噪聲,、電壓瞬變和可能來(lái)自電源電路本身的毛刺,。

　　本文將討論電壓監(jiān)控器中有助于解決這些電源噪聲,、電壓瞬變和毛刺問(wèn)題的不同參數(shù)。此外還將討論這些參數(shù)在監(jiān)控電源時(shí)如何提高電壓監(jiān)控器的可靠性,，以提高系統(tǒng)在應(yīng)用中的可靠性,。

　　系統(tǒng)中的電源噪聲、電壓瞬變和毛刺

　　電源本身存在缺陷,。直流電路中始終存在耦合的噪聲偽影,，這些偽影可能來(lái)自電源電路元件本身、其他電源的噪聲以及系統(tǒng)產(chǎn)生的其他噪聲,。如果直流電源是開(kāi)關(guān)電源（SMPS）,，這些問(wèn)題可能會(huì)更嚴(yán)重。SMPS會(huì)產(chǎn)生與開(kāi)關(guān)頻率相關(guān)的開(kāi)關(guān)紋波,。在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換期間還會(huì)發(fā)生高頻開(kāi)關(guān)瞬變,。這些開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換操作是功率MOSFET的快速導(dǎo)通關(guān)斷引起的。圖1所示為應(yīng)用電路,，其中MAX705監(jiān)控器用于監(jiān)控開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的輸出（即微控制器的電壓源）是否存在任何問(wèn)題,。

　　圖1.MAX705監(jiān)控器用于監(jiān)控開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器輸出，這也是微控制器的輸入電壓源,。

　　除了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行噪聲偽影外,，電源中還存在電壓瞬變更為明顯的情況。在啟動(dòng)過(guò)程中,，通常會(huì)觀察到與電源反饋環(huán)路響應(yīng)相關(guān)的電壓輸出過(guò)沖,，隨后會(huì)出現(xiàn)一段時(shí)間的電壓振鈴，直至電壓穩(wěn)定,。如果未對(duì)反饋環(huán)路補(bǔ)償值進(jìn)行優(yōu)化,，這種振鈴可能會(huì)更嚴(yán)重。在瞬態(tài)或動(dòng)態(tài)負(fù)載期間也可以觀察到電壓過(guò)沖和欠沖,。在具體應(yīng)用中,，有時(shí)負(fù)載需要更多電流來(lái)執(zhí)行復(fù)雜的過(guò)程，從而導(dǎo)致電壓欠沖,。另一方面,，立即或以快速斜坡速率減少負(fù)載將會(huì)導(dǎo)致電壓過(guò)沖。由于外部因素,，電源也可能出現(xiàn)短時(shí)電壓毛刺,。圖2顯示在不同場(chǎng)景下，電源電壓可能出現(xiàn)不同的電壓瞬變和毛刺,。

　　圖2.針對(duì)不同場(chǎng)景下的電源電壓可觀察到的電壓瞬變和毛刺,。

　　系統(tǒng)中還可能會(huì)出現(xiàn)與電源電壓無(wú)關(guān)的電壓瞬變,，例如在某些應(yīng)用的機(jī)械開(kāi)關(guān)或?qū)щ娍ǖ扔脩艚缑姘l(fā)生瞬變,。打開(kāi)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)會(huì)在輸入引腳（通常是手動(dòng)復(fù)位引腳）上產(chǎn)生電壓瞬變和噪聲。所有這些因素（電源噪聲、電壓瞬變和毛刺）都可能無(wú)意中達(dá)到監(jiān)控器的欠壓或過(guò)壓閾值,，如果設(shè)計(jì)中沒(méi)有充分考慮這種可能性,，也會(huì)觸發(fā)誤復(fù)位。這可能會(huì)導(dǎo)致振蕩和不穩(wěn)定,，不利于系統(tǒng)保持穩(wěn)定可靠,。

　　電壓監(jiān)控器如何解決噪聲和瞬變問(wèn)題，防止系統(tǒng)出現(xiàn)誤復(fù)位,？通過(guò)一些參數(shù),，可以幫助屏蔽與電源或監(jiān)控電壓相關(guān)的瞬變。這些參數(shù)包括復(fù)位超時(shí)周期,、復(fù)位閾值遲滯以及復(fù)位閾值過(guò)驅(qū)與持續(xù)時(shí)間的變化關(guān)系,。同時(shí)，對(duì)于與電路中的機(jī)械觸點(diǎn)相關(guān)的瞬變,，例如手動(dòng)復(fù)位引腳中的按鈕開(kāi)關(guān),，利用手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期和去抖時(shí)間也可屏蔽瞬變。這些參數(shù)能夠使電壓監(jiān)控器更穩(wěn)健,，不受瞬變和毛刺的影響,，從而防止系統(tǒng)出現(xiàn)不良響應(yīng)。

　　復(fù)位超時(shí)周期（tRP）

　　在啟動(dòng)期間或電源電壓因欠壓事件而上升并超過(guò)閾值時(shí),，復(fù)位信號(hào)在無(wú)效之前有一段額外的時(shí)間,，稱為復(fù)位超時(shí)周期（tRP）。2例如,，圖3顯示,，受監(jiān)控的電壓（本例中為標(biāo)記為VCC的電源電壓）從欠壓或啟動(dòng)狀態(tài)達(dá)到閾值之后，在低電平有效復(fù)位高電平無(wú)效之前存在額外延遲,。這段額外的時(shí)間能夠讓監(jiān)控電壓先穩(wěn)定下來(lái),，并在啟用系統(tǒng)或使其退出復(fù)位模式之前屏蔽過(guò)沖和振鈴。復(fù)位超時(shí)周期可抑制系統(tǒng)誤復(fù)位,，防止出現(xiàn)振蕩和潛在故障,，從而有助于提高系統(tǒng)的可靠性。

　　圖3.復(fù)位超時(shí)周期（t_RP）有助于在電源電壓穩(wěn)定時(shí)使系統(tǒng)保持復(fù)位模式,。

　　閾值遲滯（VTH+）

　　閾值遲滯主要有兩個(gè)好處,。首先，它可以確保監(jiān)控電壓在解除復(fù)位之前具有足夠的余量超過(guò)閾值電平,。其次,，它能夠讓電源在解除復(fù)位之前先穩(wěn)定下來(lái)。當(dāng)處理具有疊加噪聲的信號(hào)時(shí),，隨著電源波動(dòng)并重新跨越閾值區(qū)域,，復(fù)位輸出有可能會(huì)進(jìn)行多次轉(zhuǎn)換,。如圖4.3所示，在工業(yè)環(huán)境等應(yīng)用中,，隨時(shí)可能出現(xiàn)噪聲信號(hào)和電壓波動(dòng),。如果沒(méi)有閾值遲滯，復(fù)位輸出信號(hào)將會(huì)在置位和解除置位之間連續(xù)切換,，直到電源穩(wěn)定為止,。這會(huì)使系統(tǒng)陷入振蕩。閾值遲滯通過(guò)使系統(tǒng)保持復(fù)位來(lái)消除振蕩,，可防止系統(tǒng)出現(xiàn)圖4中藍(lán)色陰影區(qū)域所示的不良行為,。這有助于監(jiān)控器保護(hù)系統(tǒng)，避免觸發(fā)誤復(fù)位,。

　　圖4.未設(shè)定閾值遲滯和設(shè)定閾值遲滯的RESET輸出響應(yīng)（未顯示復(fù)位超時(shí)周期,，以重點(diǎn)關(guān)注遲滯的影響）。

　　復(fù)位閾值過(guò)驅(qū)與持續(xù)時(shí)間

　　任何系統(tǒng)中都可能出現(xiàn)短期或長(zhǎng)期由外部因素引起的電壓毛刺,。還可能具有不同幅度的電壓突降,。復(fù)位閾值過(guò)驅(qū)與瞬變持續(xù)時(shí)間的變化關(guān)系與電壓毛刺或過(guò)驅(qū)的幅度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。幅度較大的短時(shí)毛刺不會(huì)觸發(fā)復(fù)位信號(hào)置位,，而幅度較小且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)驅(qū)將觸發(fā)復(fù)位,，如圖5所示。

　　圖5.幅度較小但持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的毛刺將觸發(fā)復(fù)位信號(hào),，而幅度較大的短時(shí)毛刺則不會(huì)觸發(fā)復(fù)位信號(hào),。

　　根據(jù)毛刺持續(xù)時(shí)間，受監(jiān)控電源中的某些電壓瞬變將會(huì)忽略,。忽略這些瞬變將會(huì)保護(hù)系統(tǒng)免受干擾復(fù)位的影響,，例如由短期毛刺引起的復(fù)位。這些毛刺可能會(huì)誤觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位,，從而導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不良行為,。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)中，復(fù)位閾值過(guò)驅(qū)與持續(xù)時(shí)間的關(guān)系通常以一個(gè)典型性能特性圖的形式呈現(xiàn),，如圖6所示,。曲線上方的任何值都將觸發(fā)復(fù)位輸出，而曲線內(nèi)的值將會(huì)忽略,，以防止系統(tǒng)誤復(fù)位,。

　　圖6.復(fù)位信號(hào)是否置位將取決于過(guò)驅(qū)的幅度及其持續(xù)時(shí)間。

　　手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期（tMR）和去抖時(shí)間（tDB）

　　復(fù)位超時(shí)周期,、閾值過(guò)驅(qū)與持續(xù)時(shí)間的關(guān)系以及閾值遲滯可解決與受監(jiān)控電壓（通常是系統(tǒng)微控制器的電源）相關(guān)的電壓毛刺和瞬變問(wèn)題,。對(duì)于開(kāi)關(guān)等機(jī)械觸點(diǎn)帶來(lái)的毛刺，手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期和去抖時(shí)間有助于減輕電壓瞬變和毛刺可能產(chǎn)生的影響,。

　　手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期（t_MR）是手動(dòng)復(fù)位在觸發(fā)復(fù)位輸出之前保持并完成所需的時(shí)間,。一些監(jiān)控器具有較長(zhǎng)的手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期,，以增強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。這些在消費(fèi)電子產(chǎn)品中很常見(jiàn),，必需按住按鈕幾秒鐘才能重置系統(tǒng)。這種方法可避免意外和無(wú)意中重置,，從而增強(qiáng)保護(hù)并提高可靠性,。在手動(dòng)復(fù)位設(shè)置期間，按下開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的所有短時(shí)瞬變和毛刺都會(huì)被忽略,，如圖7a所示,，從而幫助系統(tǒng)免受毛刺影響。

　　去抖時(shí)間也是同樣的邏輯,。與建立周期一樣,，去抖時(shí)間（t_DB）會(huì)忽略打開(kāi)或關(guān)閉開(kāi)關(guān)時(shí)的高頻周期性電壓瞬變。這些高頻瞬變將視為無(wú)效,，不會(huì)觸發(fā)復(fù)位,，如圖7b所示。當(dāng)信號(hào)超過(guò)去抖時(shí)間時(shí),，即認(rèn)為這是來(lái)自開(kāi)關(guān)或按鈕的有效輸入信號(hào),。

　　圖7.具有較長(zhǎng)手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期的監(jiān)控器（MAX6444）的手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期和去抖時(shí)間圖：（a）在復(fù)位信號(hào)有效之前，需要首先完成手動(dòng)復(fù)位建立周期（t_MR）,；（b）要視為有效輸入信號(hào),，需要完成去抖時(shí)間（t_DB）。

　　結(jié)論

　　如果沒(méi)有電壓監(jiān)控器,，系統(tǒng)在電壓瞬變和毛刺期間就會(huì)面臨斷電和發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn),。在這些情況下，電壓監(jiān)控器通過(guò)將處理器置于復(fù)位模式來(lái)解決問(wèn)題,。上面討論的所有參數(shù)（包括復(fù)位超時(shí)周期,、閾值遲滯、閾值過(guò)驅(qū),、手動(dòng)復(fù)位設(shè)置周期和去抖時(shí)間）有助于電壓監(jiān)控器免受故障和瞬變的影響,，從而增強(qiáng)其監(jiān)控電源電壓的可靠性。因此,，能夠確保整體系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠,。

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