六输入电压监视器的性能特点、功能及在汽车电子中的应用分析

引言

凌力尔特公司最新的一组电源监控器 （包含三款器件）是6输入电压监视器，对当今那些需要进行准确电源监视的多电压系统提供了一种理想选择。LTC2930、LTC2931和LTC2932能够在40℃至125℃的温度范围内保持1.5%的门限准确度。被监视电源电压的组合由单个引脚来设定。每款器件均提供了16种门限电压组合，从而满足了几乎所有多电压系统的要求。其具有的可编程性免除了针对不同门限电压组合来认证、采购和库存独特器件的需要。

这三款器件的整体架构和操作规格很相似，但各具一些独特的特征 （见表1）。LTC2930将在任何欠压过程之后或当手动复位输入 （ /MR ） 被拉至低电平时生成一个复位信号。由于它采用了紧凑型3mm x 3mm 12引脚DFN封装，因而适合于空间受限型应用。LTC2931包括一个看门狗输入 （WDI）、一个看门狗输出 （ /WDO ） 和可以由用户调节的看门狗周期，旨在实现微处理器监视和控制。LTC2932能够改变其监视器门限 （从5% 至12.5%），并由一个复位停用引脚提供了裕度调节能力。LTC2931和LTC2932均采用20引脚TSSOP封装，并具有分离的比较器输出，从而实现了单独的电源监视和/或排序。

单引脚配置简化了设计

这些监控器提供了一种配置输入电压门限的上佳方法。图1显示出了利用VPG引脚上的单个阻性分压器来把监控器设定为16种门限选项之一的方法。

实际门限由集成精准分压器来设定，用于5V、3.3V、3V、2.5V、1.8V和1.5V电源监视。对于其他的电源电压值，具0.5V门限的独立比较器允许使用一个阻性分压器来对几乎任何正电源进行监视，如图2a所示。V4输入还采用用于偏移的集成缓冲基准来监视负电压，并提供了相同的1.5%准确度，见图2b。

门限准确度的含义是什么？

假设一个具 ±5% 电源容差的5V系统，5V电源可以在4.75V至5.25V之间变化。由该电源供电的系统IC必须在此电压范围之内（以及略超出该范围的电压条件下，正如下文说明的） 可靠地运作。如果一个用于该电源的监控器具有完美的准确度，那么它将精确地在4.75V电压条件下产生一个复位信号。然而，如此理想的监控器并不存在。监控器的实际复位门限会在一个规定的范围内波动；在整个温度范围内，LTC2930、LTC2931和LTC2932的复位门限将在其标称门限电压的 ±1.5% 以内变化 （图3）。复位门限范围和电源容差范围两者不应重叠。这可以防止当电源实际上处于其规定容差范围之内时发生错误或麻烦的复位。

LTC2930、LTC2931和LTC2932拥有 ±1.5% 的复位门限准确度，于是，一个“5%”的门限通常被设定在比标称输入电压低6.5%。因此，对于一个典型值为5V的电源而言，“5%”门限即为4.675V。在整个温度范围里，该门限保证处于4.750V至4.600V的电压范围之内。受电系统必须要能够在低至门限范围下限的电压条件下可靠地运作，否则在正确发出一个复位信号之前就时刻存在着发生故障的危险。

准确度较低的监控器将增加所需的系统电压裕度，并导致系统故障概率的上升。与那些门限规格较为宽松的监控器相比，LTC2930、LTC2931和LTC2932严格的 （±1.5%） 准确度指标改善了系统的可靠性。

干扰免疫力=无虚假复位

被监视的电源电压远远不是理想和完全平坦的DC信号。“骑”在这些电源电压信号之上的是那些由诸多信号源 （例如：电源的输出纹波或来自其他信号的耦合） 所引发的高频分量。如果被监视电压靠近或位于复位门限电压，则该噪声有可能引起虚假复位。LTC2930、LTC2931和LTC2932在设计时充分考虑到了这一潜在问题，因此几乎乃至根本无需担心虚假复位的发生。

有些电源监视器通过给输入比较器增加迟滞来克服虚假复位问题。施加的迟滞大小用跳变门限的百分比来表达。但这将导致监视器准确度的下降，因为跳变门限的真正准确度现在是附加迟滞与器件宣称准确度之和的百分比。LTC2930、LTC2931和LTC2932没有采用迟滞，而是运用了一种集成方案，该方案要求瞬变在拥有了足够的量级和持续时间之后才可对比较器进行开关操作。这可以抑制虚假复位的发生，而不会造成监视器准确度的劣化。

图4示出了针对LTC2931上一个“噪声”输入的COMP5比较器输出响应。在该示例中，一个以500mV为中心的500kHz、100mVP-P正弦波被加至V5输入。即使该信号幅度走低至450mV，COMP5仍将保持高电平。接着，输入的DC电平下降2mV。作为响应，COMP5将被拉至低电平，并保持低电平。如前文所述，只有那些具有足够长的持续时间和足够量级的瞬变才会触发比较器输出被拉至高电平或低电平。

适合各种应用需要的可调复位超时周期

三款监控器均包括一个可调复位超时周期tRST。当所有输入都高于其门限值时，复位定时器即被起动 （图5）。在tRST期间，/RST处于低电平，而且，只要瞬变之间的时间小于复位超时周期，/RST都将保持低电平。换句话说，复位超时可以防止那些频率高于1/tRST的电源瞬变在 /RST 输出上引发不希望的电平变换。在这些电源瞬变期间把 /RST保持于低电平将抑制虚假复位的发生。

复位超时周期是可调的，以适应各种微处理器应用。通过在CRT引脚和GND之间连接一个电容器CRT来配置复位超时周期tRST。该电容器的数值由下式确定：

C_{RT}=t_{RST}/2MΩ=500（pF/ms）·t_{RST}

把CRT引脚浮置将产生一个约25μs的最小复位超时。最大复位超时受限于最大可用低泄漏电容器。

额外的干扰滤波处理

尽管全部6个比较器都具有内置干扰滤波处理电路，但仍然建议在V1和V2输入端上增设旁路电容器，由于增加了两个旁路电容器，因此具有较高电压的那个输入将充当整个芯片的VCC。如果需要的话，可以在V3、V4、V5和V6输入端上增添额外的滤波电容器，以抑制讨厌的噪声。

开路漏极复位

LTC2930、LTC2931和LTC2932上的 /RST 输出是开路漏极，并包含至V2电压的弱上拉电流源。这种开路漏极结构提供了许多优点。例如：这些输出均可以采用一个上拉电阻器在外部上拉至高于V2的电压。这便于使用多个工作于不同I/O电压的器件。此外，还可以把多个开路漏极输出配置成一种“线或”格式 （在该格式中，输出是连接在一起的）。图6示出了两个LTC2930监控器，它们的开路漏极 /RST 输出连接在一起，并利用一个10k上拉电阻器上拉至5V。如果一个 /RST 输出由于某个复位过程而被拉至低电平，则它将吸收电流，并把另一个输出拉至低电平。

比较器输出提供了单独的电源监视和排序支持

LTC2931和LTC2932上的实时比较器输出用于指示各个输入的状态。与/RST 输出相似，比较器输出也是开路漏极，并具有至V2电压的弱上拉电流源。

当任何被监视电源上发生欠压事件时，/RST 输出将被拉至低电平，然而，一个比较器输出则仅在其配对输入低于其门限电压时才被拉至低电平。在多电压系统中，监视每个电源状态的能力很有用处，这里，重要的是必需弄清具体是哪个电源发生了故障。

各个比较器输出还提供了电源排序。图7示出了LTC2932在一个五电源上电排序器中的应用。当一个输入达到其门限时，相应的比较器输出将被拉至高电平，并启用下一个DC/DC转换器。

LTC2950-1用于提供排序器的按钮控制。在按钮被揿按之后，LTC2950-1把LTM4600的RUN引脚拉至高电平。接着，LTM4600将产生一个5V输出，4个DC/DC转换器全部由该输出来供电。

汽车应用

LTC2930、LTC2931和LTC2932监控器容易使用，并具有宽工作温度范围和低电源电流要求，因而使其成为汽车应用的理想选择。图8示出了一种采用LTC2931和LTC2932的汽车应用方框原理图。它是专为凸显和利用这些器件除简单的电压监视以外的诸多特点而设计的。电压监视器由LT3010-5 （一款固定5V微功率线性稳压器） 来供电。电压瞬变保护由LT4356DE-1过压保护稳压器和浪涌限幅器来提供。

在典型的汽车电源系统中，“始终保持接通”和“车舱内”的电子装置是有所区别的。“始终保持接通的”系统包括用于处理汽车安全和防护的重要电子装置，顾名思义，这些装置总是处于接通状态。“车舱内”的电子装置属于汽车中所使用的舒适和娱乐设备。比如：当电池电量很低的时候，车舱内的电子装置将被关断，以节省功率，并将可用功率输送至重要的通路。

在这种汽车应用中，始终保持接通的重要电子装置电源由LTC3780降压-升压型稳压器产生，并由LTC2931来监视。LTC3780的瞬变保护由LT4356DE-1来提供，并能够在电源电压低至6V的情况下向负载输送满功率。通过配置使LTC2931监视4个固定电压和2个可调电压（包括两个独立的5V电源）。在整个工作温度范围内保证了1.5%的电压监视准确度。此外，每个电压监视通道都有其自己的比较器输出，微处理器可利用比较器输出来确认某种故障情况。这些比较器输出被上拉至用于为两个电压监视器件供电的5V总线。LTC2931具有一个可调看门狗定时器，它使得LTC2931能够报告系统其余部分某个微处理器发生了故障。

输送至车舱内电子装置的未调节电池电压和电源由LTC2932来监视。该应用监视未调节的电池电压，而且，当出现低电池电量条件时，COMP4输出将向系统发送警示信号，从而可使系统进入待机或节能模式。

LTC2932还提供了一种用于压倒复位或故障情况的办法。这是通过把/RDIS 引脚拉至低电平来实现的。当/RDIS 被拉至低电平时，/RST输出被上拉至V2输入电压。由于V2与V1相连，因此复位高电平为5V。/RDIS 功能可使系统在控制电源的过程中拥有灵活性，而不会产生系统故障。此外，LTC2932还实现了电压监视门限的实时设定。当负载或环境中的变化导致可预知的电源偏差时，这将很有用处。

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