无故障监控器如何帮助高可靠性应用

与传统的电压监控器不同，无毛刺监控器通过避免上电毛刺、未定义的逻辑输出状态以及掉电或停电逻辑错误等歧义来提高系统可靠性。这些模糊性引起了安全和可靠性应用的关注，例如爆炸物、关键电源路径监控/控制、高灵敏度低压轨道设备和本质安全设备。本应用笔记讨论了系统设计中的一些安全问题，并展示了如何使用MAX16161/MAX16162（Maxim Integrated的无毛刺监控器系列）。

介绍

监控器IC在大多数系统中发挥着至关重要的作用，是第一道防线，通过防止过压瞬变和电源故障条件来提高可靠性。电压监控器的目的是确保系统正确上电;提供对停电、电压瞬变或掉电条件的抗扰度;并监控系统电压轨的欠压情况。这可确保不存在危及底层系统的故障或性能下降。

上电复位（POR）功能在大多数监控器中的作用是保证上电期间具有正确逻辑电平的有效输出信号。具有接近零的 POR 电压 （V由） 是确保没有不确定的逻辑输出馈送到后续系统的最理想条件。然而，对于设计师来说，制作V是一个很大的挑战由较低，因为输出MOSFET驱动器需要最小电源电压来维持正确的逻辑输出。这会导致监控器的/RESET输出端出现不确定的逻辑状态，如图1和图2所示。图3显示了传统监控器的典型输入电压规格，定义了最小V抄送需要保证有效的重置逻辑。

图1.上电期间的不确定逻辑状态，也称为上电毛刺。

图2.传统监控器IC的上电行为

图3.传统监控器中的上电复位电压规格。

本应用笔记解释了各种场景，其中上电毛刺和传统监控器的其他一些重要方面可能导致严重的安全问题，并导致系统可靠性问题和故障。

掉电和停电条件

停电是电路中电源电压在短时间内意外降至零电压的一种情况，而在欠压条件下，电压降至非零电压电平。一些需要精确调节电源电压的敏感电子系统可能无法在这些情况下运行。长期掉电会导致系统过早磨损和性能下降，这在某些任务关键型或安全应用中将是灾难性的。如果发生掉电，监控器IC将置位处理器复位，直到电源电压上升到安全水平。传统监控器往往会在停电或掉电条件下产生复位输出毛刺或不确定的逻辑状态，如图2所示。

MAX16161/MAX16162的设计使得在停电或掉电条件下不会出现不确定的复位输出。复位输出保持低电平，即使电源电压降至 UVLO 或 V 以下由.图 4 和图 5 演示了无毛刺监控器在这种情况下的行为。

图4.无故障管理引擎在停电条件下的行为。

图5.无故障管理引擎在掉电条件下的行为。

示例应用1：与FPGA和低压处理器内核的接口

随着技术的进步，更低的电源轨和更严格的容差给系统设计人员带来了挑战，要求他们在现场可编程门阵列 （FPGA）、专用集成电路 （ASIC） 或存储组等关键组件暴露于高压尖峰时保护数据并将系统移至安全模式。在低压处理器中，I/O逻辑电平提供的小裕量，最低逻辑电压（VIL）的最大电压可低至0.4V。上面是读取无效逻辑时，如图 5 所示。

在这些尖峰敏感器件上电期间，处理器需要处于有效的复位逻辑状态，直到所有电源轨稳定。否则，来自监控器RESET输出的逻辑输入端的任何尖峰都可能触发FPGA或ASIC的意外复位释放。换句话说，可靠的监控器在任何时间点都不应在系统中引入高阻抗或未定义的逻辑电平。图6给出了MAX16161/MAX16162在此类应用中的简化图。

图6.将电压监控器与低压处理器 （ASIC/FPGA） 接口。

应用示例 2：电源路径监视和控制

图7所示为与电流传感器网络相关的负载开关，MAX16161作为负载开关控制器。在上电、对地短路、电池或电源移除、停电或掉电等条件下，MAX16161确保电源路径负载开关或高端MOSFET处于关断状态。

图7.使用MAX16161、电流检测放大器（CSA）和负载开关进行电源路径监测和控制。

应用示例3：本质安全应用中的可靠候选者

本质安全 （IS） 是一种设计用于危险区域的设备的方法。这个想法是避免任何产生火花的情况，或者将可用能量降低到不会引起点火的水平。这意味着防止火花并保持低温。在任何上电或停电条件下的毛刺或浪涌在爆炸物等关键应用中使用的系统中都可能是致命的。在此类应用中要考虑的其他要点包括：如果出现任何问题，立即关闭电源;没有假开机;并最大限度地减少可能违反美国 FM/UL 和欧洲 CELENAC 等审批机构标准的机械故障点。

现在我们来讨论MAX16161/MAX16162如何成为解决上述问题的良好解决方案。图9所示为MAX16161/MAX16162的典型应用电路和预期特性。由于MAX16161/MAX16162提供的功能引脚数量最少，需要的外部元件数量最少，因此故障率或故障保持在最低水平，有助于它们符合可靠性和安全标准。由于MAX16161/MAX16162的时序参数和门限电压设置均经过工厂调整，因此避免了与外部无源元件短路/开路相关的问题，这些问题通常与传统监控器有关。由于MAX16161/MAX16162不会产生毛刺或无效状态，因此可以轻松避免意外上电或逻辑状态模糊。

面向无故障监控器的新颖集成解决方案

Maxim Integrated 推出 MAX16161/MAX16162 毫微功耗、真正无毛刺电压监控器。MAX16161/MAX16162可以通过RESET引脚吸收电流，即使V电压抄送为 0V。这确保了RESET在零电源电压下的有效状态，并提供无毛刺的上电/关断操作。

MAX16161/MAX16162无需任何外部元件即可实现无毛刺工作，体积小巧，性价比高。图9所示为MAX16162的上电和关断。MAX16161/MAX16162的主要特性和优点如下：

无上电故障

825nA（典型值）静态电流可延长电池寿命

正负电平触发MR输入选项（MAX16161）

MR去抖动电路（MAX16161）

独立的VCC和VIN输入（MAX16162）

多个可用的复位超时周期

阈值电压选项

1.7V至4.85V （MAX16161）

0.6V至4.85V （MAX16162）

4 焊球 WLP 和 4 引脚 SOT23 封装

-40°C 至 +125°C 工作温度范围

图8.（a） MAX16162的上电特性。（b） MAX16162的关断行为。

图9.（a） MAX16162的应用示意图。（b） MAX16161的应用图。（c） MAX16162的时序图。（d） MAX16161的时序图

结论

MAX16161/MAX16162毫微功耗无毛刺监控器非常适合注重安全性和可靠性的应用。本应用笔记描述了各种应用，在这些应用中，该系列器件与市场上现有的解决方案相比具有多种优势。该系列的显著优点包括：可靠的上电和有保证的RESET输出水平，即使在V时抄送等于零;用于本质安全应用的功能引脚数量最少;紧凑的解决方案尺寸，具有微型晶圆级封装以及行业标准 SOT23 封装选项;和 825nA 静态电流，有助于延长系统电池寿命。

审核编辑：郭婷