Microchip MCP131X/2X电压监控器：设计与应用的全面解析

在电子设计领域，电压监控器是保障系统稳定运行的关键组件。Microchip的MCP131X/2X系列电压监控器凭借其出色的性能和丰富的功能，在众多应用场景中得到了广泛应用。今天，我们就来深入探讨一下这款产品。

文件下载：MCP1316T-23LI OT.pdf

一、特性亮点

低功耗设计

MCP131X/2X的低电源电流特性非常突出，典型值仅为1µA，最大值为10µA。这一特性使得它在对功耗要求极高的应用中表现出色，能够有效延长设备的电池续航时间，降低系统的整体功耗。

精准的监控选项

它提供了多种精确的监控跳闸点选项，标准产品有2.9V和4.6V两种选择。同时，还能以100mV的增量在2.0V至4.7V范围内定制跳闸点，不过这需要联系当地的Microchip销售办公室。这种灵活性使得它能够适应不同的电压监控需求，为各种系统提供精准的电压保护。

多种功能集成

该系列产品具备多种实用功能，如在电源故障事件中能及时复位微控制器，确保系统的稳定性；提供多种复位延迟时间选项，包括1.4ms、30ms、200ms或1.6s（典型值），可根据不同的应用场景进行选择；还具备看门狗定时器输入超时选项，有6.3ms、102ms、1.6s或25.6s（典型值）可供选择，增强了系统的可靠性。此外，它还有手动复位输入、单复位和互补复位输出等功能，并且复位输出有推挽和开漏两种类型，可满足不同的电路设计需求。

宽工作范围和高可靠性

工作电压范围为1.0V至5.5V，温度范围根据不同的跳闸点有所不同，2.0至2.4V的跳闸点对应的温度范围是 -40°C至 +85°C，大于2.5V的跳闸点对应的温度范围是 -40°C至 +125°C。同时，该系列产品通过了汽车AEC - Q100可靠性测试，适用于对可靠性要求极高的汽车电子等领域。

二、电气特性

绝对最大额定值

在使用MCP131X/2X时，需要注意其绝对最大额定值。例如，电源电压（VDD至VSS）最大为7.0V，输入电流（VDD）最大为10mA，输出电流（RST）最大为10mA等。超过这些额定值可能会对设备造成永久性损坏，因此在设计电路时必须严格遵守。

DC特性

包括工作电压范围、指定VDD值到V OUT低、工作电流等参数。工作电流会根据看门狗定时器的状态、VDD与跳闸点的关系以及复位延迟定时器的状态而有所不同。例如，看门狗定时器激活时，工作电流典型值为5µA，最大值为10µA；看门狗定时器未激活时，工作电流典型值为1µA，最大值为2µA。

温度特性

不同的产品型号有不同的温度范围要求，如MCP13XX - 25（或更低）的指定温度范围是 -40°C至 +85°C，其他型号的指定温度范围是 -40°C至 +125°C。同时，还给出了最大结温、存储温度范围和封装热阻等参数，这些参数对于在不同温度环境下的电路设计非常重要。

三、引脚说明

引脚功能

MCP131X/2X采用SOT - 23 - 5封装，各个引脚都有明确的功能。RST引脚为复位输出引脚，不同的型号其输出类型和电平有所不同，有的是推挽输出（有源高或有源低），有的是开漏输出（内部或外部上拉）。VSS为接地引脚，提供负参考电压；VDD为正电源引脚，可用于电源监控；MR为手动复位输入引脚，可通过连接按钮开关来手动复位系统；WDI为看门狗定时器输入引脚，用于监控系统的运行状态。

引脚工作原理

以RST引脚为例，当VDD低于选定的复位电压阈值、MR引脚被强制拉低、WDI引脚在最小选定超时时间内未检测到边沿转换或在设备上电时，RST引脚会变为有效状态。不同的输出类型在VDD上升和下降时的状态变化也有所不同，具体取决于其工作模式。

四、操作说明

复位电压跳闸点操作

复位电压跳闸点（VTRIP）在设备订购时选定，当VDD高于或低于该跳闸点时，复位引脚（RST/RST）会被强制为无效或有效状态。同时，跳闸点还有一个滞后（VHYS），可以防止设备电压上的噪声导致复位引脚“抖动”。复位引脚在手动复位输入变低、看门狗定时器超时、VDD低于阈值或设备上电时会被强制激活。

复位延迟定时器

复位延迟定时器（tRST）的作用是确保设备在退出复位状态后，RST和RST引脚保持激活状态，直到适当的复位延迟时间过去。它有多种超时选项可供选择，标准产品的超时时间典型值为200ms。复位延迟定时器的超时时间会受到设备VDD和温度的影响。

负向VDD瞬变

MCP131X/2X能够抵抗电源线上的一定程度的负向瞬变（毛刺）。瞬变持续时间取决于VTRIP - VDD的大小，当持续时间和过驱动的组合位于持续时间/过驱动曲线下方时，不会产生复位信号；当位于曲线上方时，则会被检测为欠压或掉电情况。可以通过在VDD引脚附近添加旁路电容来提高瞬变抗扰性。

手动复位输入

手动复位输入引脚（MR）可以通过连接按钮开关或有源逻辑信号来手动强制复位引脚为有效状态。该引脚有滤波电路，可以过滤可能存在的噪声脉冲。当MR引脚变低一段时间（MRD）后，复位输出引脚会被强制激活。

看门狗定时器

看门狗定时器的作用是提高系统的可靠性，它通过监控WDI引脚的边沿转换来判断系统是否正常运行。当设备上电、发生POR事件、WDT事件或手动复位事件时，看门狗定时器处于禁用状态，此时WDI引脚有一个内部智能上拉电阻。当启用看门狗定时器后，主机控制器必须在最小看门狗定时器超时时间之前强制WDI引脚发生边沿转换，否则MCP131X/2X会强制复位引脚为有效状态。

五、应用信息

电源监控噪声敏感性

对于电源线上存在大量电气噪声的系统，如使用继电器的系统，可能需要在MCP131X/2X的VDD引脚附近添加0.01µF或0.1µF的旁路电容，以降低检测灵敏度。

常规电压监控

可用于电池电压监控和电源良好监控等应用场景。在电池电压监控中，当电池电压低于设定的阈值时，MCP131X/2X会输出相应的信号，提醒系统采取措施；在电源良好监控中，可实时监测电源的状态，确保系统的稳定运行。

在PIC®微控制器ICSP应用中的使用

在使用PIC®微控制器进行在线串行编程（ICSP）时，建议使用具有开漏RST引脚的MCP1320、MCP1321和MCP1322型号。同时，为了限制RST引脚的电流，建议使用1kΩ的电阻。

修改跳闸点

虽然MCP131X/2X的电压跳闸点是固定的，但可以通过连接外部电阻分压器来进行定制调整。为了保持检测精度，通过分压器的泄放电流应明显高于MCP131X/2X所需的最大工作电流（10µA），一般建议泄放电流为1mA。

MOSFET低驱动保护

该系列产品可用于低电压栅极驱动保护电路，防止逻辑电平MOSFET因栅极电压不足而过热。当输入信号低于MCP131X/2X的阈值时，其输出会将MOSFET的栅极接地，保护MOSFET的安全。

低功耗应用

在一些低功耗应用中，可以利用看门狗定时器功能定期唤醒PIC MCU，使其在完成所需任务后再返回睡眠状态，从而降低系统的平均电流消耗。

与双向I/O引脚的控制器和处理器的接口

对于具有双向复位引脚的微控制器，为了避免逻辑冲突导致的不确定逻辑电平，可以在MCP131X/2X的输出端串联一个4.7kΩ的电阻。同时，如果系统中有其他需要复位信号的组件，应进行缓冲处理，以避免对复位线造成负载。

掉电时的复位信号完整性

MCP131X/2X的复位输出在VDD为1.0V时仍然有效，但低于1.0V时输出会变为“开路”。为了确保在VDD接近0V时复位信号仍然有效，对于复位信号为有源低的设备，需要在复位引脚和地之间连接一个下拉电阻；对于复位信号为有源高的设备，需要在复位引脚和VDD之间连接一个上拉电阻。

六、标准设备和定制配置

标准设备

提供了多种标准设备选项，每种设备都有特定的电压跳闸点、复位时间超时和看门狗时间超时等参数。例如，MCP1316T - 29LE/OT的复位阈值为2.90V，复位时间超时典型值为200ms，看门狗时间超时典型值为1.6s。

定制配置

如果标准设备不能满足需求，还可以进行定制配置。可以通过特定的代码来指定所需的复位时间超时和看门狗定时器超时，电压跳闸点则通过所需的典型跳闸点电压的两位数字来指定。不过，定制配置可能需要联系当地的Microchip销售办公室，并且有最低购买量的要求。

七、开发工具和包装信息

开发工具

可以使用SOT - 23 - 5/6评估板（VSUPEV2）来评估MCP131X/2X的特性。该评估板上有上拉电阻、下拉电阻、负载电容和串联电阻等的焊盘，还配备了电源滤波电容。

包装信息

采用5引脚SOT - 23封装，不同的产品型号有不同的包装标记信息。同时，还给出了产品的载带/腔体尺寸、输出数量、卷轴直径等磁带和卷轴规格信息。

Microchip的MCP131X/2X系列电压监控器是一款功能强大、性能出色的产品，在电子设计中具有广泛的应用前景。作为电子工程师，我们在设计电路时，需要充分了解其特性和电气参数，根据具体的应用需求选择合适的型号和配置，以确保系统的稳定运行。你在使用MCP131X/2X系列产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。