系统管理IC满足多电压系统的监控和排序要求

MAX6870六路电压排序器/监视器提供完全集成的解决方案，简化复杂的设计。这款EEPROM可配置器件在设置阈值、输出结构和时序延迟方面提供了极大的灵活性。

在大多数电子系统中，监控系统电压非常重要，以确保处理器和其他IC在上电期间保持复位，并检测何时发生掉电情况。此监视可最大程度地减少代码执行问题，这些问题会损坏内存或导致系统执行不正确。在高端系统中，确保这些系统中许多电源的正确排序也至关重要。正确的排序可防止闩锁条件，因为闩锁条件可能造成系统问题或损坏重要组件，例如微控制器 （μC）、DSP、ASIC 或微处理器 （μP）。通常，需要一个或多个监控产品来实现此处所述的正确排序和监控功能。

传统上，其中许多功能都是通过上电复位和其他μP监控电路实现的。近年来，随着电源电压数量的增加，执行此任务所需的器件数量也在增加，从而增加了复杂性、成本和电路板空间消耗。

复杂系统的监控和排序

监视电源电压的最简单方法是使用上电复位（POR）或电压检测器电路。这些器件可以监视单个电压或多个电压。在监控电源电压上电并超过POR的电压门限后，POR的输出在指定时间段后才会取消置位。这允许系统时钟稳定，并在允许μC工作之前初始化系统启动例程。这些POR和电压检测器也可用于对电源进行排序。将监视一个稳压器的POR的输出连接到下一个稳压器的关断引脚（即以菊花链方式连接它们），一旦POR的时间延迟过后，一个稳压器将接一个接一个地出现。

随着系统电源电压数量的增加，需要电压监控器和监控多个电压的监控器。然而，由于通常需要10到15个电压来为复杂系统供电，因此通常需要多个这样的器件。

使用多个主管时的挑战

使用这种多主管方法有其自身的问题。一个问题是找到具有正确阈值的设备。虽然有许多标准电压，如3.3、2.5、1.8、1.5和1.2V，但许多非标准电压需要监控。这需要外部电阻分压器来设置监控阈值。如果系统电源电压发生变化（例如，降低ASIC的内核电压以降低功耗，或增加内核电压以增强ASIC的性能），则必须更改电阻值以适应这些新电压。获得这种灵活性需要这些额外的外部电阻，从而增加电路板空间和成本。选择正确的重置超时周期时，也会出现同样的问题。

当系统必须提供特定的上电顺序时，会出现多个监控器的另一个问题。当大量电源电压为系统供电时，上述菊花链技术可能无法处理各种电源出现时的时序。此外，随着开发过程中排序要求的变化，改变电路以适应这些以后的变化会变得有问题。

当这些大型系统使用“银盒”或“砖”电源时，可能会出现额外的排序问题。这些电源简化了电源设计，但在需要特定的上电顺序时会带来问题。例如，提供多个输出电压的砖式电源可能只有一个使能引脚。因此，其所有电源电压在该引脚的控制下同时打开和关闭。具有多个使能（或关断）输入的砖式电源可以解决此问题。但是，如果多个IC共享相同的电源（例如，3.3V I/O逻辑电源和1.8V内核电源），则两个IC的要求可能会相互冲突。一个器件可能要求其内核电源在其 I/O 电源之前启动，而第二个器件可能要求其电源以相反的顺序排序。

此问题可以通过外部开关（如 MOSFET）来解决。对于低功耗应用，可以使用p沟道MOSFET，它通常比n沟道MOSFET昂贵，但使用起来更简单。n 沟道 MOSFET 是高电流应用的最佳选择，因为其较低的导通电阻可降低开关两端的压降。n沟道也可用于超低压磁芯。然而，为了充分增强n沟道MOSFET，必须提供足够高的电源电压以提供合适的栅极-源极电压。在没有更高电压的系统中，可以使用MAX6819/MAX6820电源排序器等IC来控制排序过程;这些器件的内部电荷泵保证5V栅源电压。对于某些系统来说，此压降过高。因此，电路板设计人员有时会将稳压器数量增加一倍，以避免这种排序问题。

随着电源电压数量的增加，使用多个MAX6819/MAX6820电路即可工作。与使用多个POR时一样，这些电源排序IC可以配置为以菊花链方式连接电源。然而，对于大量电压，该解决方案需要许多分立IC，增加了整体系统成本并消耗过多的电路板空间。

保证金功能

监控和排序电源电压的能力对于提供高水平的可靠性至关重要。在许多大型复杂系统中，例如电信、网络、服务器和存储设备中的系统，需要对关键组件进行额外的测试。一个例子是裕量测试，它检查系统的性能，因为其电压暂时上下变化。裕量调节通常在系统开发过程中执行，但也通常在制造过程中实施。裕量过程用于提高系统的长期可靠性。

电源电压可以通过调整稳压器的基准输入（用于稳压器模块）、改变稳压器的反馈环路、调整“砖”电源的微调输入或通过接口对稳压器进行编程来调节。有不同程度的保证金控制。一种方法是“全有或全无”方法，其中供应量增加/减少一些固定量（例如，±5%或±10%）。另一种更精确的方法以较小的步长（例如，10mV或100mV）增加或降低电源电压，以便更详细地评估系统性能。为了在正常工作期间和裕量调节过程中获得有关系统电压的更多详细信息，可以使用模数转换器（ADC）来精确测量这些值。请注意，在裕量调节过程中需要禁用控制μC的POR，以防止系统复位。

在使用大型系统时，执行这些裕度函数可能非常乏味。您可以使用多个监控器设备来管理裕度调节过程，以及监控和排序任务。但是，这种方法可能会有问题。除了IC的成本和消耗的额外电路板空间外，很难适应电源电压电平或这些电源的时序顺序的变化。这是因为必要的设计更改并非微不足道。

集成式系统管理设备

最大限度减少这些监测和排序问题的一种方法是使用完全集成的EEPROM可配置系统管理器件，如MAX6870。这种类型的IC集成了监控和排序系统电源所需的功能，并简化了裕量调节过程。MAX6870可灵活地改变多路输入端的电压门限;按任何顺序对输出进行排序;并将输出结构配置为推挽式、漏极开路或电荷泵增强型。此外，数字输入和输出可配置为高电平有效或低电平有效逻辑。此外，在裕量调节过程中，输出可以禁用或设置为预定状态。

图1为MAX6870特性框图。该器件的六个输入可以监控系统的各种电源电压等任务。您可以为每个输入编程的两个阈值电平，以检测两个欠压条件或一个欠压和一个过压条件（即窗口检测器）。这些阈值电平通过 I 编程2C*接口并存储在EEPROM配置中。您可以指定0.5V至5.5V的门限，增量为10mV和20mV，具体取决于您选择的门限电压范围。一个输入 IN1 可以监视高达 13.2V 的电压，因此可以直接监视 12V 系统总线电压（或更低）。第二个输入 IN2 允许监视第二个高压或负电压。其余输入 IN3–IN6 监视 0.5V 至 5.5V 电平的电源电压。

图1.该 IC 可以监视多个电源并对其进行排序，同时提供 ADC 读取功能。内部EEPROM允许轻松调整关键参数，如阈值、时序、逻辑依赖性和输出结构。

内部多路复用器将六个检波器输入以及两个辅助输入路由到一个10位、精度为1%的ADC。ADC将这<>个输入中每个输入端的电压的数字化版本写入内部寄存器。可通过 I2C接口，这些存储的值通常用于裕量调节过程、调整电源输出或检查系统电压的长期稳定性。此外，通过使用两个辅助输入，您可以读取两个额外的电压，例如电流检测放大器或温度传感器的模拟输出。

当 IN3–IN6 上的任何电压超过 2.7V 的最小工作电压或 IN1 超过 4V 时，该器件将工作。这些输入中的任何一个都可以通过图1所示的二极管为器件供电。

六个检波器输入和四个通用输入 （GPI） 可以置位八个输出中的任何一个，具体取决于可编程阵列逻辑中设置的连接。此外，输出可以由器件的其他输出或输入和输出信号的混合控制。每个输出的时序延迟可独立编程，并可存储在IC的EEPROM中。

输出也是可配置的。您可以将其设置为具有内部或外部上拉的漏极开路输出，或设置为推挽输出，可在IC内部连接到任何受监控的电源电压。所有输出均可为低电平有效或高电平有效。此外，如上所述，输入和输出的不同组合可以驱动特定的输出;MAX6870的可编程阵列逻辑允许多种连接。例如，OUT2可以由IN2控制，也可以由OUT1控制。当由 OUT1 信号上电的电源必须在由 OUT2 信号上电的电源之前启动时，这种类型的连接非常有用。

MAX6870还包括一个内部电荷泵，允许OUT1–OUT4完全增强外部n沟道调整元件，无需额外的电源电压。该器件的其他特性包括两个看门狗定时器，具有可配置的看门狗超时和启动延迟。看门狗定时器的启动延迟功能在复位条件后提供较长的延迟。这种延迟为系统初始化过程提供了额外的时间，允许上传内存和完全加载软件例程。

手动复位输入允许测试技术人员手动置位IC的所有输出。器件的裕量输入可用于将输出锁存于当前状态，以防止系统在裕量过程中复位。裕量输入还可用于通过对相关的EEPROM寄存器进行编程，将输出设置为预定状态。MAX6870还提供4kb用户EEPROM，用于存储串行板识别、电路板修订历史和其它编程信息等项目。

此外，MAX6870还包括配置寄存器和EEPROM配置。在项目的原型设计阶段，可以将更新写入配置寄存器以立即进行更改。如果这些更改可以接受，则可以将它们写入配置 EEPROM。要重新加载保存的EEPROM配置，可以通过软件重新启动或完全硬件重新启动来重新启动系统。配置 EEPROM 在重新启动阶段将其数据下载到配置寄存器。

MAX6870的评估板

为了简化MAX6870的配置过程，评估板允许您指向并点击计算机屏幕以加载正确的配置信息。每个屏幕都允许您配置设备的一部分，而无需参考寄存器表。屏幕允许您设置阈值电平、时序延迟、逻辑工作状态（低电平有效/高电平有效）和逻辑输入配置，以及配置输出。

图2所示为MAX6870评估软件的主配置画面。您可以单击框图中或选项卡上的块。单击其中一个块允许您配置该特定块。单击选项卡会显示特定于特定功能的屏幕。例如，当您选择电压监控器选项卡（图3）时，出现的屏幕允许您轻松选择阈值并配置输入。或者，单击“输出”选项卡（图4）时，可以将输出设置为漏极开路、推挽式或电荷泵增强型，并设置确定输出状态的逻辑项。

图2.单击相应的框或选项卡以设置阈值、延迟、输出配置和逻辑。

图3.通过单击电压监视器选项卡，您可以确定每个输入是监视两个欠压电平，还是监视欠压电平和一个过压电平。您还可以设置阈值并选择可以查看哪些数字化输入。

图4.通过单击输出选项卡，您可以将每个输出配置为漏极开路、推挽式或电荷泵增强型。每个输出都连接到IC的可编程逻辑阵列，可用于控制其他输出。

完成设备的配置后，可以将配置数据保存在其EEPROM中。此外，此数据可以保存到可以加载到另一台设备的文件中。当然，您可以通过I直接写入所有配置寄存器和配置EEPROM2C 接口。MAX6870的数据资料提供了所需的值。但是，使用此方法会花费更多时间并增加出错的机会。

审核编辑：郭婷