无毛刺电压监控器的基础知识

电压监控器需要最小电源电压，然后才能产生低于最小电源电压复位的有效复位，然后遵循电源电压轨，产生复位毛刺。复位毛刺会在上电期间触发发给处理器或关键负载的错误信号。本应用笔记讨论了无毛刺监控器的各个方面。

介绍

监控器IC是几乎所有系统的宝贵补充，因为它可以提高可靠性，改善系统性能，避免过压瞬变，并防止电源故障。半导体制造商正在不断努力提高电压监控器IC的性能。上电复位毛刺是业界试图改进的性能领域之一。

监控器IC需要最小电压（V波尔） 以生成干净或可靠的复位信号。上电时，在电源轨达到 V 之前波尔，复位信号的状态未确定。通常，我们称之为重置故障。

在本应用笔记中，我们将讨论复位毛刺的基本原理，并了解Maxim的方法如何超越传统的无毛刺监控器方法。

重置驱动程序的拓扑

RESET引脚主要有两种不同的电路拓扑：漏极开路或推挽式。两种拓扑都使用NMOS下拉MOSFET。

 

开漏配置推挽式配置

图1.监控器IC中使用的不同复位拓扑。

漏极开路输出为系统设计人员提供了更大的灵活性，因为输出可以上拉到系统中的任何电压轨，当它们用作可能需要不同电压电平（VIH/ 5伊利诺伊州）。推挽输出配置在具有类似电压轨的系统中更有用。

上电复位毛刺

上电时，驱动输出MOSFET的内部电路处于非活动状态，直到上升电源电压达到V波尔。在此间隔内，输出MOSFET保持关断状态，复位将与上拉电压成比例上升（V上拉）。一旦电源电压高于 V波尔，内部 MOSFET 将驱动复位至有效的复位状态。当VCC从0V上升到V时，复位电压的意外上升波尔通常称为复位毛刺，可能导致系统运行不可靠。

图2.常规电压监控器的电气特性表中提到的 POR 电压。

图3.显示复位毛刺的上电序列。

为什么选择无故障的主管？

通常，电压监控器控制微控制器的复位引脚或DC-DC控制器的使能引脚。如果复位毛刺的幅度接近最小高逻辑阈值（VIH）的微控制器复位引脚或DC-DC控制器的使能，它可以触发错误信号。以下是一些关键应用，其中复位毛刺是系统设计的关键参数。

与低压处理器接口

电压监控器可用于监控电压低至1V的FPGA、ASIC或DSP的低压轨。在低压处理器中，I/O逻辑电平非常敏感，并且VIH可低至0.5V，如图3所示。

在上电期间，FPGA、ASIC 或 DSP 器件需要处于复位状态，直到所有电源轨稳定。由于 RESET 可能会在 V 时出现故障DD低于 V波尔，此故障可能会触发这些关键组件的未知状态。一旦 VDD 高于 V波尔，内部 MOSFET 导通，将 RESET 连接到 GND，并使 RESET 输出正确的低逻辑电平。

图4.电压监控器与低压处理器 （ASIC/FPGA/DSP） 接口。

控制 DC-DC 控制器的使能

在许多应用中，各种DC-DC转换器在启动之前需要最小电源电压，或者它们在输入电容器上需要足够的能量来支持转换器的浪涌要求。在没有足够的能量的情况下，浪涌电流可能会将输入电压拉低过低，并导致系统或转换器复位。使用电压监控器控制转换器的使能引脚可使使能引脚保持低电平，直到电源电压稳定或高于电压监控器的监视门限。

上电期间，如果复位毛刺的幅度大于最小值，则使能高阈值电压（VIH），控制器可能会被触发并导致系统故障。

图5.使用电压监控器控制 DC-DC 控制器的使能。

无毛刺操作的分立解决方案

目前，系统工程师在传统监控器上增加了一个外部电路，以模拟监控器的无毛刺特性，如图6所示。通过添加在源极跟随器配置中配置的标准JFET，源极的电压将跟随V处的电压G（栅极电压）减去JFET的阈值电压。JFET 的门限在 V 之间产生大约 1V 的压降G和 V外并消除输出端的电压电位上升，直到内部电路开始工作。

图6.带有外部 P-JFET 的传统监控器，可实现无毛刺操作。

无故障操作的集成解决方案

Maxim Integrated 推出 MAX16161/MAX16162 毫微功耗、真正无毛刺电压监控器。MAX16161/MAX16162即使VCC为0V，也能通过RESET引脚吸收电流。这可确保RESET在零电源电压下的有效状态，并提供无毛刺的上电/关断操作（图7）。

MAX16161/MAX16162无需任何外部元件即可实现无毛刺工作，提供小巧、高性价比的解决方案。MAX16161/MAX16162的主要特性和优点是：

无上电故障

825nA（典型值）静态电流，可延长电池寿命

正负电平触发MR输入选项（MAX16161）

MR去抖动电路（MAX16161）

独立的VCC和VIN输入（MAX16162）

多个可用的复位超时周期

门限电压选项：1.7V至4.85V （MAX16161）;0.6V至4.85V （MAX16162）

纤巧型 4 焊球 WLP 和 4 引脚 SOT23 封装

-40°C 至 +125°C 宽工作温度范围

图7.MAX16162的应用图和时序图

实验室结果

将MAX16161与具有上电毛刺的传统监控器进行比较，以说明无毛刺监控器如何帮助LDO顺利上电。图8显示了LDO与传统监控器的基本连接，后者监视IN轨（1.8V）。

监控器的门限设置为1.7V，高于LDO的最小电源要求。

图8.通过电压监控器控制MAX38908的使能（带上电毛刺）。

图9所示为LDO（MAX38908）的上电响应，其中V偏见（粉红色）设置为 3V，IN（绿色）从 0V 上升到 1.8V。电压监控器，带V波尔复位连接到MAX38908的EN（蓝色）并拉入。LDO输出（黄色）错误地显示为使能高于V值哦（1V）电平。一旦 IN 高于 V波尔（1.1V），由于IN小于阈值电压（1.7V），RESET被拉低。这会释放 LDO 的输出。

图9.MAX38908的上电序列，使能毛刺导致错误输出。

IN超过阈值电压后，监控器被拉高并启用LDO。

对MAX16161无毛刺电压监控器重复类似的测试。在这个实验中，我们观察到即使IN低于V，RESET也会被拉低。波尔并且LDO上没有错误的OUT，如图10所示。

图 10.利用MAX16161控制MAX38908的使能（无干扰监控器）。

图 11.MAX38908的上电顺序，由MAX16161产生干净的使能。

总结

真正的无毛刺监控器IC不再只是一个概念。借助毫微功耗MAX16161/MAX16162，设计人员现在拥有一个监控器IC，可在零电源电压附近产生可靠的复位信号，从而在低压（《1V）电子器件中实现电源监控，采用微型封装，静态电流仅为825nA，有助于延长系统电池寿命。

审核编辑：郭婷