非常見(jiàn)問(wèn)題第215期:是否存在真正的無(wú)毛刺電壓監控器IC?

問(wèn)題

真正的無(wú)故障電壓監控器IC存在嗎？或者它只是一個(gè)概念？

回答

是的，真正的無(wú)毛刺監控器IC是存在的。MAX16161/MAX16162就是例子，即使在零電源電壓下，這些IC也能產(chǎn)生可靠的復位信號，從而能夠監控供電電壓低于1V的電子器件。

可靠的監控器IC始終是工業(yè)界的行業(yè)需求，因為它可以提高系統可靠性，并在電壓瞬變和電源故障時(shí)提升系統性能。半導體制造商也在不斷提高電壓監控器IC的性能。為了生成明確或可靠的復位信號，監控器IC只需要一個(gè)稱(chēng)為上電復位的最低電壓(VPOR)，而在達到該最低電源電壓之前，復位信號的狀態(tài)是不確定的。一般來(lái)說(shuō)，我們將其稱(chēng)之為復位毛刺。

復位引腳主要有兩種不同的拓撲結構：開(kāi)漏和推挽（圖1）。兩種拓撲結構都使用NMOS作為下拉MOSFET。

上電期間，如果電源電壓低于VPOR，就沒(méi)有足夠的電壓能驅動(dòng)內部MOSFET工作，因此MOSFET關(guān)閉。此時(shí)，監控器無(wú)法對復位電壓進(jìn)行控制。復位電壓將與上拉電壓(VPULLUP)成比例上升。而一旦電源電壓高于VPOR，內部MOSFET將驅動(dòng)RESET引腳進(jìn)入有效狀態(tài)。 

圖1 復位拓撲的開(kāi)漏配置和推挽配置

圖2 數據手冊EC表中的POR規格

電壓監控器可用于監控FPGA、ASIC或數字信號處理器的低電源軌，其電壓可低至1 V。在低供電電壓處理器中，I/O的邏輯電平非常敏感，其VIH可低至0.5 V，如圖3所示。

上電期間，FPGA、ASIC或數字信號處理器需要處于RESET狀態(tài)，直到所有電源軌穩定。當VCC低于VPOR時(shí)，RESET引腳可能會(huì )出現毛刺，該毛刺可能會(huì )觸發(fā)FPGA的未知狀態(tài)。一旦VCC高于VPOR，內部MOSFET就會(huì )開(kāi)啟，并將RESET連接到GND，使RESET引腳輸出正確的邏輯低電平。

圖3 監控器與低壓ASIC、FPGA或數字信號處理器的接口

圖4 帶毛刺復位信號的上電時(shí)序

隨著(zhù)電子行業(yè)向低壓半導體發(fā)展，模擬芯片制造商也在傳統監控器的基礎上努力實(shí)現無(wú)毛刺復位。制造商可以通過(guò)改進(jìn)工藝來(lái)降低VPOR，但實(shí)現真正的無(wú)毛刺監控器需要一個(gè)全新的架構。

目前，如圖5所示系統工程師使用帶有傳統監控器的外部電路來(lái)模擬無(wú)毛刺監控功能。添加一個(gè)配置為源極跟隨器的標準JFET可以實(shí)現這一功能，源極的電壓將取決于柵極電壓VG與JFET閾值電壓的差。JFET閾值電壓會(huì )在VG和VOUT之間產(chǎn)生大約1 V的壓降，從而避免監控器的輸出電壓在內部MOSFET關(guān)斷時(shí)升高，直到監控器的內部MOSFET開(kāi)始正常工作。

圖5 帶有外部P型JFET的傳統監控器,可實(shí)現無(wú)毛刺工作

結論

真正的無(wú)毛刺監控器IC不再只是一個(gè)概念。設計人員現在擁有一款能在零電源電壓下產(chǎn)生可靠復位信號的監控器IC，使系統工程師能夠使用該IC來(lái)監控低供電電壓（低于1 V）的電子器件。MAX16161/MAX16162為微型nanoPower IC，靜態(tài)電流僅為825 nA，有助于延長(cháng)系統電池壽命。

圖6 MAX16162的應用示意圖和相應的時(shí)序圖

關(guān)于作者

Suryash Rai自2016年以來(lái)一直在A(yíng)DI公司擔任應用工程師，負責支持保護IC產(chǎn)品組合。他擁有卡納塔克邦國家技術(shù)學(xué)院的通信工程碩士學(xué)位。Suryash目前居住在加州圣何塞，愛(ài)好烹飪、旅行和交友。