如何为应用选择合适的电压监控器IC

最近有人问我，什么样的应用需要电压监控器？一个愚蠢的问题。所有应用程序都需要主管。当然，任何带有处理器的设计——几乎是所有设计。当其电源低于规格时，该处理器可能会开始表现得很奇怪。所有工程师都厌恶这可能导致的灾难性设计失败，在某些情况下，这可能是一个严重的安全问题。

即使设计没有 MCU，EE 也不希望他们的电路在其电源下垂但没有消失时陷入愚蠢的状态。想想看，我们人类应该有一个电压监控器。

这些设备有许多不同的功能值得研究。Mouser 列出了 15，789 个“监控电路”，Avnet 在其目录中提供了 16，904 个。但不要害怕，这些数字被同一个基本设备的许多版本大大夸大了。有一些重要的变化需要考虑。

那么，我们寻找什么规格？

要考虑的第一个规范可能是通道数。对于许多便携式或物联网设计而言，单个电源只需要一个通道。另一方面，有12个通道的单芯片。甚至还有监控 32 个电源轨的设备——我真的无法想象用于什么应用。这些多通道 IC 中的一些具有单个复位输出，而一些具有每个通道的输出。

如果设计有两个电源轨，最好使用两个单通道设备。它们价格便宜、体积极小，并且可以大大简化 PCB 布局，这也可以最大限度地减少长走线的噪声拾取。另一方面，如果电源电路在布局中彼此相邻，则双、三或四监控器将是最有效的。

最明显的规格是复位电压或阈值。这是由标称电源电压减去电源容差（通常为 5% 或 10%）加上监控器容差和一个小的保护带决定的。因此，一个 3.3V 电源下降到其 5% 的容差将是 3.135V。如果监控器的准确度为 ±1%，我们会将其添加进去，然后放入 1% 的保护带。然后复位为 3.07V 标称值。测试以确保设计中的每个设备在此低电压下都能正常工作，这一点很重要。

监控器可提供低至 0.4V 的阈值电压。在这些低电压下，必须特别小心避免耦合噪声问题。噪声可以从相邻的变压器或射频电路或外部源耦合到 PCB 走线。下面的视频“电压监控 IC 中的高频噪声抑制”展示了监控 IC 如何促进安全可靠的系统运行。

许多监控器是出厂设置的，并通过部件号后缀提供大量跳闸阈值电压。例如，单通道MAX16140提供从 1.70V 到 3.25V 的 32 种选择。一些监督者是可调整或可调整的。设定点精度是一个关键规格。MAX16140 在室温下具有 ±1% 的精度，在 -40° 至 125°C 范围内具有 ±1.5% 的精度。有些设备的性能差到 3.5%。

需要考虑的操作特性

对于所有这些器件，一般来说，当监控器输入上的监控电压低于工厂调整的阈值时，就会触发复位输出。在输入电压返回到阈值以上后，复位将维持一段可指定的最小超时时间。此延迟超时通常约为 200 毫秒，但范围可以从 5 微秒到 2 秒或更长。由于故障条件和系统上电期间，将发生此超时。

例如，单通道 MAX16140（图 1）具有从 217µs 到 2，000ms 的 8 个值的超时延迟周期部件号选项。该芯片采用微型 0.78mm x 0.78mm x 0.5mm、4 凸点 WLP 封装。这种特殊设备的一大优势是其极低的电源电流，这使得它非常适合电池供电的设计。标称电源电流仅为 370na。它还具有去抖复位按钮输入，可设置为低电平有效或高电平有效或边沿触发。

大多数监管者都有输出类型的选择。我更喜欢高电平有效、开漏输出，它将连接到 MCU 复位输入上的上拉电阻。可以在许多监控器 IC 中选择推挽式或开漏输出配置。

额外的监管选项

另一个示例 IC 是MAX16134三重窗口电压监控器，可监视欠压和过压情况（图 2）。它具有三个独立的集电极开路输出，并在整个温度范围内具有 ±1% 的阈值精度。该芯片的 SOT23-8 封装占用空间小，可提供 17 种三种受监控电源电压的组合。

图 2. MAX16132/33/34/35 电压监控器的简化框图。

其中许多 IC 提供硬件看门狗定时器，通常由 MCU 的一个输出位控制。一个很好的例子是MAX16155。这款单通道 IC 提供看门狗和超低功耗，典型值仅为 400na（在 -40ºC 至 125ºC 时最大为 900na），工作电源范围为 1.2V 至 5.5V。它还有一个逻辑输入，可以禁用看门狗功能。IC 的阈值精度为 ±2.5%。

一些应用需要外部 RAM 的电池备份支持，以便在发生掉电时，在 MCU 复位时 RAM 数据受到保护。一个例子是MAX6364（图 3）。当 V CC低于复位阈值并在 V CC升至高于 V TH后至少 150ms时，芯片的复位输出变为高电平。而且，当 V CC低于复位阈值时，BATT in 连接到 OUT 为存储器供电——只要 VBATT 至少比 V CC大 20mV 。OUT电流可以连续20ma。

图 3. 带备用电池的低功耗监控电路。

更复杂的处理器/MCU，以及那些具有 Wi-Fi/网络的，通常需要在上电时对电源轨进行精确排序。您可以使用具有独立开漏输出和推挽复位输出的MAX16042三重排序/监控芯片等 IC 轻松做到这一点。它将在加电期间启用一个接一个的电源，并具有时间延迟，并禁用所有电源（如果有任何低于其阈值）。功率控制可以通过 DC/DC 转换器上的使能引脚或与三个电源中的两个串联的功率 MOSFET 来完成。

审核编辑：郭婷