LTC2900型四電源監控器的特性及應用

l 引言
為了保證系統安全可靠地工作，硬件電路的電源電壓不能超過(guò)其允許范圍。如果缺乏電源電壓監控功能，那么電源電壓波動(dòng)會(huì )造成系統工作不正常，因此增加電源監控功能是非常必要的。LTC2900是凌特公司生產(chǎn)的高精度、小體積電源監控器，它能為電信設備、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、臺式電腦和筆記本電腦等提供精確電壓監控和系統復位等功能。當檢測到電源發(fā)生異常時(shí)，LTC2900能夠及時(shí)發(fā)出告警信號，同時(shí)采取必要保護措施，確保系統長(cháng)期安全可靠地工作。

2 LTC2900的特點(diǎn)及工作原理
2.1 性能特點(diǎn)
LTC2900采用MSOP和DFN封裝，內部集成了矩陣分配器、A/D轉換器、緩沖器、帶隙基準穩壓源、電源檢測電路、脈沖發(fā)生器、比較器及各種邏輯門(mén)等，其內部結構框圖如圖1所示，表l列出LTC2900的引腳功能。

LTC2900的性能特點(diǎn)如下：
(1)可同時(shí)對4個(gè)電源系統進(jìn)行監控；
(2)共有5 V、3.3 V、3 V、2.5 V、1.8 V、1.5 V等6種門(mén)限電壓可供用戶(hù)選擇，預置門(mén)限電壓在整個(gè)溫度范圍內的誤差小 于1.5％；
(3)漏極開(kāi)路復位輸出(LTC2900-1)；
(4)推拉式復位輸出(LTC2900-2)；
(4)防按鍵抖動(dòng)復位輸入功能，允許組成多個(gè)電路的菊花鏈電壓監控；
(5)復位延遲時(shí)間可用1只外部電容器調節；
(6)超低功耗，典型靜態(tài)工作電流僅為43μA。
2.2 工作原理
2.2.1 上電復位
Vl、V2中數值較大者為芯片內部電路提供電源電壓VCC上電時(shí)，VCC首先給RST引腳的驅動(dòng)電路供電，一旦Vl或V2達到1 V，則RST引腳輸出低電平，產(chǎn)生復位信號，避免電源電壓達到安全門(mén)限之前系統執行錯誤的指令。當4個(gè)輸入電壓都高于其設置門(mén)限值時(shí)，內部定時(shí)器啟動(dòng)，同時(shí)RST引腳輸出高電平，系統進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
2.2.2 監控器設置
LTC2900輸入電壓的組合通過(guò)VREF引腳與GND引腳之間的外接電阻分壓器來(lái)選擇。上電過(guò)程中，一旦Vl或V2達到2.4V(最大值)，監控器進(jìn)入150μs的設置期，同時(shí)對VPG引腳上的電壓進(jìn)行采樣。設置完成后，內部比較器立即使能，開(kāi)始監控電源。
2.2.3 電源監控
4個(gè)輸入電壓都必須高于其預置的門(mén)限電壓，避免監控器執行復位操作。LTC2900將在上電、斷電和降壓省電條件下根據輸入電壓的大小確定復位輸出。如果選擇了正可調模式，V3或V4比較器的反相輸入設置為0.5 V，正電壓與地之間連接電阻分壓器，中間點(diǎn)接比較器的同相輸入端，如圖2所示。跳電壓由式(1)計算：

VTRIP=0.5（1+R3/R4） （1）

在負可調模式中．V4比較器的同相輸入端接地，負電壓與VREF引腳間連接電阻分壓器，中間點(diǎn)接比較器的反相輸入端，如圖3所示。跳電壓由式(2)計算：

為了提高輸入比較器的抗干擾能力，建議在Vl和V2的輸入端各并聯(lián)一只高頻旁路電容器。
2.2.4 斷電
一旦其中一組電壓Vx低于其設置門(mén)限值，則RST引腳輸出低電平，發(fā)出告警信號使系統立即復位。當VCC升至2.4 V(最大值)時(shí)，器件將重新進(jìn)行設置。
LTC2900的工作時(shí)序如圖4所示，清楚地說(shuō)明要檢測的輸入電壓Vl變化時(shí)RST輸出電平相應的變化情況，同時(shí)也表明手動(dòng)復位時(shí)(PBR端接低電平)RST輸出電平的變化情況。VRTX為輸入電壓門(mén)限值，tRST為復位延遲時(shí)間，當CRT=47 nF時(shí)，復位延遲時(shí)間約216 ns。

3 LTC2900關(guān)鍵電路設計要點(diǎn)
3.1 監控器輸出上升和下降時(shí)間的估算
如果已知外接負載的電容(CLOAD)，則輸出下降時(shí)間(10％～90％)由式(4)估算：

式中，CLOAD為負載電容；RPD是下拉晶體管的導通電阻，約為40 Ω。當負載電容為150 pF時(shí)，輸出下降時(shí)間約為13.2 ns。
雖然LTC2900-1的RST腳內部為漏極開(kāi)路輸出，但它不具備弱上拉能力。其輸出上升時(shí)間(10％～90％)由式(5)估算：

式中CLOAD為負載電容；RPU是上拉晶體管的導通電阻，可利用式(6)估算：

舉例說(shuō)明：已知CLOAD=150 pF，V2=3.3 V，由上式可求出RPU≈260 kΩ，tRISE≈86μs。采用10 kΩ的上拉電阻器，在負載電容CLOAD為150 pF條件下，上升時(shí)間可減至3.3 μs。
LTC2900-2的RST引腳內部具有一個(gè)上拉電路，它比LTC2900-1的上拉能力強得多。其RPU估算值約625 Ω，當負載電容為150 pF時(shí)，上升時(shí)間約為206ns。
3.2 復位定時(shí)電容的選擇
RST引腳與地之間連接1只電容器CRT，用于調整復位延遲時(shí)間tRST，以滿(mǎn)足不同場(chǎng)合的應用要求。
由式(7)可得到電容器CRT的容值：

當CRT引腳懸空時(shí)，監控器產(chǎn)生約50μs的延時(shí)。最大延遲時(shí)間受電容器漏電電流和容值大小的影響，建議采用漏電參數較小的陶瓷電容器。
3.3 在VCC低至0 V的情況下確保復位有效
有些場(chǎng)合要求復位輸出(RST)在VCC低至0V的情況下有效。LTC2900-2的RST引腳可通過(guò)1只外部電阻器接地，將雜散電荷泄放出去，當與CMOS器件的邏輯輸入端相連時(shí)，防止RST引腳電平浮動(dòng)不定。該電阻器的阻值不能太大，否則無(wú)法獲得良好的下拉作用。在大多數應用中，阻值取100 kΩ即可滿(mǎn)足要求。

4 應用實(shí)例
4.1 帶手動(dòng)復位功能的四電源監控器
在LTC200-l的PBR引腳外接1個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)SW可實(shí)現系統手動(dòng)復位功能，如圖5所示。LED為監控指示燈，CBT為復位延遲電容器，SW為手動(dòng)復位按鈕，當檢測到有按鍵按下時(shí)，電路內部的10μA電流源直接將PBR引腳上拉到VCC，強迫系統復位。

4.2 低壓八電源監控器
在多組電源供電系統中，需要對系統中的每組電源電壓進(jìn)行監控。當任何一組電源電壓發(fā)生故障時(shí)，都需要產(chǎn)生復位信號，使系統重新復位。為了實(shí)現這種功能，可以利用LTC2900-2的手動(dòng)復位功能，組成多個(gè)電路的菊花鏈電壓監控。
圖6示出由2個(gè)LTC2900-2組成的八電源監控器電路。當1 V、3 V、5 V、12 V電源電壓中任何一組發(fā)生故障時(shí)，LCl產(chǎn)生有效復位信號，并通過(guò)IC2的手動(dòng)復位輸入引腳產(chǎn)生復位信號，使系統復位：當-5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V電源電壓中任何一組發(fā)生故障時(shí)，IC2產(chǎn)生復位信號，使系統復位。

5 結束語(yǔ)
LTC2900能對硬件電路的多個(gè)電源電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監控，確保系統安全、可靠地工作。采用LTC2900設計的多電源監控電路。具有外圍電路簡(jiǎn)單，使用靈活，成本低廉，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應用于電信設備、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、臺式電腦和筆記本電腦等領(lǐng)域。