深入解析MAX16016/MAX16020/MAX16021：低功耗微处理器监控电路的卓越之选

在电子设备的设计中，微处理器（µP）的稳定运行至关重要。为了确保系统的可靠性和数据的安全性，常常需要使用监控电路来对电源进行监测和管理。MAX16016/MAX16020/MAX16021系列低功耗µP监控电路就是这样一款优秀的产品，它不仅具备多种监控功能，还集成了电池备份电路和芯片使能门控，为基于微处理器的系统提供了全面的保护。

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产品概述

MAX16016/MAX16020/MAX16021主要用于监控电源，提供电池备份控制和芯片使能（CE）门控，以保护基于微处理器系统中的内存写入。这些低功耗设备通过在一个小型单芯片解决方案中提供多种监控功能，提高了系统的可靠性。它们可以监测5V、3.3V、3V、2.5V或1.8V的电源电压，工作电压范围为1.53V至5.5V，具有低至1.2µA的电源电流（电池备份模式下为0.25µA）。

产品特性

1. 宽电源电压监测范围：可对5V、3.3V、3V、2.5V或1.8V的电源电压进行监测，适用于多种不同电压需求的系统。
2. 低功耗设计：工作时电源电流低至1.2µA，在电池备份模式下更是低至0.25µA，大大降低了系统的功耗，延长了电池的使用寿命。
3. 多种监控功能
   • 复位功能：在VCC电源上电、掉电和欠压条件下提供µP复位输出，确保微处理器在电源不稳定时能够正确复位，避免出现代码执行错误。
   • 电池备份控制：当主电源去除时，能够自动控制VCC到电池备份的切换，维持内存、实时时钟（RTC）和其他数字逻辑的数据或低功耗运行。
   • 内存写保护：在欠压时通过内部芯片使能门控提供内存写保护，防止在电源异常时写入错误的数据到CMOS RAM中。
   • 其他功能：还具备看门狗定时器、电源故障比较器、低线指示器、电池状态指示等功能，为系统提供了全面的保护和监控。
4. 快速响应时间：复位超时时间最短为145ms，能够及时响应电源变化，快速复位系统；CE信号传播延迟仅为1.5ns，可与大多数微处理器和高速DSP配合使用。
5. 小尺寸封装：采用10引脚TDFN或16引脚TQFN封装，节省了电路板空间，适合于对空间要求较高的应用场景。
6. 高可靠性：通过UL认证，符合IEC 60950 - 1标准；工作温度范围为 - 40°C至 + 85°C，能够适应不同的工作环境。

产品功能详解

1. 备份电池切换 在电源故障或欠压时，为了保存RAM中的数据，MAX16016/MAX16020/MAX16021会在满足两个条件（VCC低于复位阈值且VCC低于VBATT）时，自动将RAM切换到备份电池供电。此时，BATTON输出变为高电平，指示系统进入电池备份模式。需要注意的是，设备在只有BATT有电压时不会上电，OUT在启动时仅由VCC供电。
2. CE信号门控 MAX16020/MAX16021提供内部CE信号门控，在正常操作时，CE门允许所有CE信号通过；当复位输出有效时，该路径被禁用，防止错误数据写入CMOS RAM。CEOUT通过内部电流源上拉到OUT，CEIN到CEOUT的1.5ns传播延迟使得这些器件可用于大多数微处理器和高速DSP。
3. 低线输出（LL） 低线比较器以通常比复位阈值高2.5%的阈值电压监测VCC。在欠压时，LL会在复位之前有效，可用于在电压开始下降时向微处理器提供不可屏蔽中断（NMI），以启动有序的软件关机程序。
4. 手动复位输入 许多基于微处理器的产品需要手动复位功能，MAX16016/MAX16020/MAX16021通过将MR引脚拉低来实现复位。MR内部通过一个30kΩ上拉电阻连接到VCC，可使用TTL/CMOS逻辑电平或开漏/集电极输出驱动。在使用长电缆驱动MR或在嘈杂环境中使用时，可连接一个0.1µF电容从MR到GND以提供额外的抗干扰能力。
5. 看门狗定时器 看门狗定时器通过WDI输入监测微处理器的活动。如果微处理器停止活动，在MAX16016中复位输出会脉冲式有效，在MAX16020/MAX16021中看门狗输出（WDO）会变为低电平。通过将WDI连接到总线或微处理器I/O线来使用看门狗功能，若WDI在看门狗超时时间内保持高电平或低电平，内部看门狗定时器将溢出，触发相应的复位或输出动作。可通过不连接WDI或使连接到WDI的驱动器处于三态来禁用看门狗功能。
6. 电池测试功能和BATTOK指示（MAX16020/MAX16021） MAX16020/MAX16021具备电池测试功能，在施加VCC后1.235s以及此后每24小时对电池电压进行一次测试。测试时，内部一个100kΩ电阻连接到BATT，监测电池电压是否高于2.6V。如果电池电压低于2.6V，BATTOK输出将变为低电平，指示电池电量不足。MAX16020还有一个BATT_TEST输出，在电池电压测试期间会脉冲式变高。
7. 电池新鲜度密封模式 该模式可防止备份电池在未施加VCC时与内部电路和OUT连接，确保最终产品首次使用时连接到BATT的备份电池是新鲜的。当VCC首次上电时，内部新鲜度密封锁存器被设置，此后VCC关闭时，BATT开始为OUT供电。如需重新启用新鲜度密封模式，可按特定步骤操作（连接电池到BATT，将VCC置为0V，将MR驱动高于VBATT + 1.2V至少3µs，将OUT拉至0V）。
8. 复位输出 复位输出用于在电源上电、掉电和欠压时防止代码执行错误，确保微处理器从已知状态开始。根据所选设备，复位输出可以是逻辑低电平或逻辑高电平。当VCC低于复位阈值时，RESET或RESET有效，并在VCC高于复位阈值后至少保持145ms有效。此外，当MR为低电平时，复位输出也会有效。
9. 电源故障比较器 电源故障比较器监测PFI引脚的电压，当电压低于其VPFT阈值时，PFO输出变为低电平。该比较器常用于在电压调节之前监测电源（如电池），以提供早期电源故障警告，使软件能够进行有序的系统关机。其典型输入滞后为VPFT - HYS，并且由OUT供电，与复位电路独立。

应用信息

1. 监测额外电源 通过使用电阻分压器连接到PFI，MAX16016/MAX16020/MAX16021可以监测正电源或负电源。PFO可用于生成微处理器的中断或触发复位。监测负电源时，将电阻分压器的顶部连接到VCC，底部连接到要监测的负电压。
2. 为PFI增加滞后 电源故障比较器具有典型的输入滞后VPFT - HYS，对于大多数通过外部分压器监测电源线的应用来说已足够。如需增加滞后，可通过选择合适的电阻R1、R2和R3来实现。电阻R3通常比R1或R2大一个数量级，且应大于50kΩ以防止对PFO造成负载。
3. 电池开启指示（推挽版本） 在电池备份模式下，BATTON输出变为高电平，可用于指示电池切换状态或为外部通晶体管提供基极驱动，以满足更高电流的应用需求。
4. 无备份电源的操作 如果不使用备份电源，可将BATT连接到GND，将OUT连接到VCC。
5. 更换备份电池 当VCC高于复位阈值时，可以安全地移除备份电源，而不会触发复位脉冲。因为只有当VCC低于复位阈值时，设备才会进入电池备份模式。
6. 负向VCC瞬变 MAX16016/MAX16020/MAX16021对短时间的负向VCC瞬变具有一定的抗干扰能力。为了提供额外的瞬态抗干扰能力，可在VCC附近安装一个0.1µF的旁路电容。

选型指南

MAX16016/MAX16020/MAX16021系列有多种型号可供选择，不同型号在逻辑输出类型、功能配置等方面有所差异。例如，MAX16016有推挽和开漏两种复位输出类型，而MAX16020/MAX16021除了复位输出类型可选外，还具备更多的功能，如电池测试、低线输出、芯片使能等。在选型时，需要根据具体的应用需求，综合考虑逻辑输出类型、是否需要特定功能等因素来选择合适的型号。

总结

MAX16016/MAX16020/MAX16021系列低功耗µP监控电路以其丰富的功能、低功耗设计、小尺寸封装和高可靠性，为基于微处理器的系统提供了全面而有效的电源管理和监控解决方案。无论是在工业控制、GPS系统、机顶盒、销售点设备，还是便携式/电池供电设备等领域，都能够发挥重要的作用，保障系统的稳定运行和数据的安全。电子工程师在设计相关系统时，可以根据具体的应用场景和需求，合理选择和使用这些产品，以提高系统的性能和可靠性。你在实际应用中是否也遇到过类似的电源管理和监控问题呢？是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。