MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 微处理器监控电路详解

在微处理器（μP）系统的设计中，电源监控和电池控制功能至关重要，它们直接关系到系统的可靠性和稳定性。今天我们要探讨的 MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 系列芯片，就是解决这些问题的得力助手。

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芯片概述

MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 芯片能够显著降低微处理器系统中电源监控和电池控制所需的复杂度和元件数量。与分立的集成电路或离散元件相比，它能极大地提高系统的可靠性和准确性。这些芯片主要具备以下四大功能：

1. 复位输出：在电源上电、掉电以及欠压等情况下提供复位输出，确保微处理器能从已知的初始状态开始工作。
2. 电池备份切换：可为 CMOS RAM、CMOS μP 或其他低功耗逻辑电路提供电池备份切换功能，在主电源故障时保证数据的完整性。
3. 看门狗定时器：若可选的看门狗定时器在 1.6 秒内未被触发，将产生复位脉冲，防止微处理器出现程序跑飞的情况。
4. 电压检测：具备 1.25V 阈值检测器，可用于电源故障预警、低电量检测，或者监测除 +5V 之外的其他电源。

不同型号的芯片在复位电压阈值和复位输出上有所差异。例如，MAX690A/MAX802L/MAX805L 在电源电压降至 4.65V 以下时产生复位脉冲，而 MAX692A/MAX802M 则在 4.40V 以下产生复位信号。MAX802L/MAX802M 能保证电源故障检测精度达到±2%。MAX805L 与 MAX690A 基本相同，只是提供的是高电平有效的复位输出（RESET）。

芯片特性

高精度电源电压监控

• MAX690A/MAX802L/MAX805L 的复位阈值为 4.65V。
• MAX692A/MAX802M 的复位阈值为 4.40V。

复位时间延迟

复位脉冲宽度为 200ms，确保微处理器有足够的时间完成复位操作。

看门狗定时器

超时时间为 1.6s，能及时检测微处理器的异常状态。

电池备份电源切换

支持电池备份电源切换功能，保证系统在主电源故障时能继续工作。

低静态电流

• 静态电源电流为 200μA，功耗较低。
• 电池备份模式下的静态电源电流仅为 50nA，进一步降低了电池的消耗。

电源故障或低电量预警

具备电压监测功能，可及时发出电源故障或低电量预警信号。

高可靠性

• MAX802L/M 保证电源故障检测精度达到±2%。
• 保证在 (V_{CC}=1V) 时，复位信号仍然有效。

多种封装形式

提供 8 引脚的 DIP 和 SO 封装，方便不同应用场景的选择。

引脚配置与功能

这些芯片的引脚配置相似，但部分引脚功能可能因型号而异。下面是主要引脚的功能介绍：

1. VOUT：为 CMOS RAM 提供供电输出。当 (V{CC}) 高于复位阈值时，(V{OUT}) 通过 P 沟道 MOSFET 开关连接到 (V{CC})；当 (V{CC}) 低于复位阈值时，(V{CC}) 或 (V{BATT}) 中较高的电压将连接到 (V_{OUT})。
2. (V_{CC})：+5V 电源输入引脚。
3. GND：接地引脚。
4. PFI：电源故障比较器输入引脚。当 PFI 的电压低于 1.25V 时，PFO 输出低电平。若该引脚不使用，可将其连接到 GND 或 (V_{CC})。
5. PFO：电源故障输出引脚。当 PFI 的电压低于 1.25V 时，PFO 输出低电平；否则 PFO 保持高电平。
6. WDI：看门狗输入引脚。如果 WDI 引脚在 1.6 秒内保持高电平或低电平不变，内部看门狗定时器将超时，触发复位信号。若 WDI 引脚悬空或连接到高阻抗的三态缓冲器，看门狗功能将被禁用。
7. RESET：复位输出引脚。当复位信号被触发时，该引脚将输出 200ms 的低电平脉冲。当 (V{CC}) 低于复位阈值时，RESET 保持低电平；当 (V{CC}) 上升到复位阈值以上后，RESET 仍将保持低电平 200ms。看门狗定时器超时也会触发 RESET 信号。
8. (V_{BATT})：备份电池输入引脚。当 (V{CC}) 低于复位阈值且 (V{BATT}) 比 (V{CC}) 高 20mV 时，(V{BATT}) 将切换连接到 (V{OUT})；当 (V{CC}) 上升到比 (V{BATT}) 高 20mV 时，(V{OUT}) 将重新连接到 (V{CC})。40mV 的迟滞特性可防止 (V{CC}) 缓慢下降时出现反复切换的情况。

工作原理与应用

复位输出

复位输出功能对于微处理器的正常启动和稳定运行至关重要。在电源上电时，一旦 (V{CC}) 达到 1V，RESET 引脚将被保证为逻辑低电平。随着 (V{CC}) 的升高，RESET 保持低电平；当 (V{CC}) 超过复位阈值时，内部定时器将使 RESET 保持低电平一段时间，这段时间等于复位脉冲宽度（200ms），之后 RESET 变为高电平。在电源掉电或欠压情况下，若 (V{CC}) 低于复位阈值，RESET 将再次被触发，输出低电平脉冲。此外，看门狗定时器超时也会触发 RESET 信号。

看门狗输入

看门狗电路用于监测微处理器的活动。如果微处理器在 1.6 秒内没有对看门狗输入（WDI）引脚进行翻转操作，将触发复位脉冲。内部的 1.6 秒定时器可以被复位脉冲或 WDI 引脚的开路操作清零。只要复位信号被激活或 WDI 引脚开路，定时器将保持清零状态，不进行计数。一旦复位信号释放或 WDI 引脚被驱动为高电平或低电平，定时器将开始计数。该电路能够检测到短至 50ns 的脉冲。

电源故障比较器

PFI 输入引脚与内部的 1.25V 参考电压进行比较。当 PFI 的电压低于 1.25V 时，PFO 输出低电平。电源故障比较器可作为欠压检测器，用于检测电源故障并向微处理器发出信号。通过外部电压分压器驱动 PFI 引脚，可以检测 +5V 稳压器的未调节直流输入电压。合理选择电压分压器的比例，可使 PFI 引脚的电压在 +5V 稳压器即将失效之前降至 1.25V 以下，此时 PFO 触发中断，通知微处理器为电源掉电做准备。当 (V{BATT}) 连接到 (V{OUT}) 时，为了节省备份电池的电量，电源故障检测器比较器将关闭，PFO 被强制为低电平。

备份电池切换

在电源欠压或故障的情况下，为了保存 RAM 中的数据，需要使用备份电池。当在 (V{BATT}) 引脚安装备份电池后，一旦 (V{CC}) 失效，芯片将自动将 RAM 切换到备份电源。只要 (V{CC}) 超过复位阈值，(V{OUT}) 通过 5Ω 的 PMOS 功率开关连接到 (V{CC})；当 (V{CC}) 低于复位阈值时，(V{CC}) 或 (V{BATT}) 中较高的电压将切换连接到 (V{OUT})。与 MAX690/MAX692 不同的是，只有当 (V{CC}) 低于复位阈值且 (V{BATT}) 大于 (V{CC}) 时，(V{BATT}) 才会通过 80Ω 的开关连接到 (V{OUT})。

应用注意事项

使用超级电容作为备份电源

超级电容具有极高的电容值（通常为 0.1F 左右），可作为备份电源使用。在使用超级电容时，要注意其电压不能超过最大复位阈值 0.6V。对于 MAX690A/MAX802L/MAX805L，(V{CC}) 不能超过 (4.75V + 0.6V = 5.35V)。对于 MAX692A 或 MAX802M 以及±10%的电源，可使用特定的电路确保超级电容仅充电到 (V{CC}-0.5V)。

允许的备份电池电压

不同型号的芯片对备份电池的电压有不同的要求。MAX690A/MAX802L/MAX805L 的最大备份电池电压为 4.80V，MAX692A/MAX802M 的最大备份电池电压为 4.55V。

无备份电源的操作

如果不使用备份电源，可将 (V{BATT}) 接地，并将 (V{out}) 直接连接到 (V{CC})。这样可以避免因为切换备份电源而产生的电压降，确保 (V{OUT}) 不会低于 (V_{CC})。

更换备份电池

在 (V{CC}) 保持有效的情况下，可以安全地移除备份电池，而不会触发复位信号。只要 (V{CC}) 高于复位阈值，就不会进入电池备份模式。

为电源故障比较器添加迟滞

为电源故障比较器添加迟滞可以增加噪声容限，防止当 (V{IN}) 接近其触发点时 PFO 信号反复触发。通过合理选择电阻 (R{1})、(R{2}) 和 (R{3}) 的比例，可以实现这一功能。

监测负电压

利用电源故障比较器的特性，可以使用特定的电路来监测负电源轨。当负电源轨正常时，PFO 输出低电平；当负电源轨性能下降时，PFO 输出高电平。但需要注意的是，该电路的精度会受到 PFI 阈值公差、(V_{CC}) 线路和电阻的影响。

与具有双向复位引脚的微处理器接口

对于具有双向复位引脚的微处理器（如 Motorola 68HC11 系列），可能会与芯片的 RESET 输出产生冲突。为了解决这个问题，可以在 RESET 输出和微处理器的复位 I/O 引脚之间连接一个 4.7kΩ 的电阻，并对 RESET 输出进行缓冲处理，以确保信号的稳定性。

总结

MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 系列芯片为微处理器系统的电源监控和电池控制提供了全面而可靠的解决方案。它们具有高精度的电压监测、可靠的复位功能、灵活的电池备份切换以及有效的看门狗保护等特性，能够显著提高系统的稳定性和可靠性。在实际应用中，我们需要根据具体的需求选择合适的型号，并注意相关的应用注意事项，以充分发挥这些芯片的优势。你在使用这些芯片的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。