用復位發(fā)生器和電壓監控器來(lái)避免故障

摘要： 介紹用可編程電源管理器件，萊迪思公司的 POWR607對電壓進(jìn)行監控，產(chǎn)生復位信號的解決方案。POWR607是在系統可編程器件，配置存儲在片上E2CMOS存儲器中。

關(guān)鍵詞： 在系統可編程；POWR607；可編程電源管理器件

工程師經(jīng)常會(huì )受到來(lái)自市場(chǎng)的壓力，迫使他們增強產(chǎn)品的特性，同時(shí)降低產(chǎn)品的成本和結構。使用集成電路和高集成度的微處理器時(shí)會(huì )遇到這樣的挑戰。然而，這些元件需要用多種低電壓供電。輸入到電路板上的電源(或者DC-DC轉換器)產(chǎn)生這些電壓。 為了提供如同單一 電源電路板那樣的可靠性，對電路板上所有的電源都要進(jìn)行監控。新一代的電壓監控器和復位產(chǎn)生器使得多電壓的監控更加容易。
 
 什么是復位產(chǎn)生器和電壓監控器？

大多數微處理器提供“復位”引腳能使外部的硬件從固定的存儲器位置開(kāi)始執行程序。這個(gè)引腳由外部的集成電路驅動(dòng)，稱(chēng)為復位產(chǎn)生器。在所有為處理器供電的電源都開(kāi)啟之后，在短暫的時(shí)間激活復位信號。外部的手動(dòng)復位輸入時(shí)，復位產(chǎn)生器也能激活復位信號。

當關(guān)閉電路板上的電源，或者電路板上的電源有一個(gè)有故障時(shí)會(huì )發(fā)生什么情況？

輸入電源關(guān)閉時(shí)，電路板上所有的電壓都關(guān)閉，輸出電壓開(kāi)始下降。另一方面電源有故障時(shí)，輸出電壓會(huì )降至規定的電平之下，或者升高至有危險的電平。電源電壓下降時(shí)，處理器不能夠正確地執行指令，會(huì )跳轉到其它存儲器位置。因此，處理器會(huì )沖掉Flash存儲器的內容，使系統不能正常工作。

為了防止這樣的系統故障，使用了電壓監控集成電路。電壓監控集成電路監控電源電壓，有任何電源發(fā)生故障時(shí)中斷電路板上的處理器。處理器可以終止當前的操作，或者保存關(guān)鍵信息。此后，復位發(fā)生器使處理器處于復位狀態(tài)，直到所有的電源都關(guān)閉。

圖1 微處理器電路板的方塊圖
圖1為簡(jiǎn)單處理器電路板的方塊圖。微處理器的內部電壓和I/O電壓向微處理器供電。圖中展示了存儲器、ASIC和Flash存儲器和與之相關(guān)的電壓。

電壓監控器和復位產(chǎn)生器的運作

復位產(chǎn)生器等待所有的電壓達到穩定狀態(tài)，于是在復位脈沖持續一段時(shí)間后(取決于電容值)，發(fā)出CPU的復位信號。然后使能Flash存儲器寫(xiě)功能。如果上電時(shí)電路板上的任何一個(gè)電壓有故障，就不會(huì )向處理器發(fā)出復位信號，以防止破壞Flash存儲器。

所有電源開(kāi)啟時(shí)，監控器監控所有的電壓(包括輸入電源)。如果任何一個(gè)電壓有故障，監控器向處理器發(fā)出一個(gè)中斷信號，在短暫的時(shí)刻后，激活CPU復位，并關(guān)閉Flash寫(xiě)信號。監控器的有效性取決于其電壓監控精度和對電壓故障檢測的速度。

針對監控器選擇電壓監控閾值

在圖1中，CPU內部電壓指定為1V ± 5%。監控器監控閾值應設置成1V-5%= 0.95V。設置后，當VCC-CPU內部電壓低于0.95V時(shí)，監控器集成電路產(chǎn)生低電壓中斷信號。5個(gè)被監控電壓中的任何一個(gè)低于對應的電壓閾值時(shí)，圖1中的監控器集成電路激活CPU中斷信號。

電壓監控精度

對于圖1中的監控器，2%的0.95V閾值精度意為可以在任何點(diǎn)激活CPU中斷信號，從0.95V+2%至0.95V-2%(0.97V至0.93V)。使用監控器集成電路時(shí)，監控器閾值應該設置在0.97V，防止處理器工作在低于其可容忍的電平。然而，這個(gè)設置限制了DC-DC轉換器容限。通常精度為1%的監控器提供最佳的解決方案。

 監控故障檢測延時(shí)

測量故障檢測延時(shí)指從 電源電壓降到低于監控器的閾值至監控器指明故障的輸出時(shí)間。然而在故障檢測延時(shí)期間，電源電壓繼續下降。延時(shí)越長(cháng)，在報告故障的時(shí)刻電源電壓越低。因此，故障檢測延時(shí)應該盡可能的短(最佳為數十微秒)。

用Power Good 信號監控電源電壓   

DC-DC轉換器的PG(Power Good)信號指明了電壓已經(jīng)到達了其電壓的近似90%。在圖2所示的電路，所有的PG信號和手動(dòng)復位信號都連接到PLD(可編程邏輯器件)。PLD產(chǎn)生CPU復位信號、中斷CPU，通過(guò)邏輯方程關(guān)閉Flash寫(xiě)信號。這種方法還經(jīng)常用來(lái)實(shí)現電源定序。