低成本带电池备份的微处理器监控电路：MAX703/MAX704

在微处理器系统的设计中，电源监控和电池控制功能至关重要，它们直接影响着系统的可靠性和稳定性。今天，我们就来详细探讨一下 Maxim 公司推出的两款低成本微处理器监控电路——MAX703/MAX704。

文件下载：MAX704.pdf

一、产品概述

MAX703/MAX704 微处理器监控电路极大地降低了微处理器系统中电源监控和电池控制功能所需的复杂度和元件数量。与使用单独的集成电路或分立元件相比，这些器件显著提高了系统的可靠性和准确性。它们采用 8 引脚 DIP 和 SO 封装，具备四大核心功能：

1. 复位功能：在电源上电、掉电和欠压条件下提供低电平有效的复位信号，确保处理器在稳定的状态下启动和运行。
2. 电池备份切换：为 CMOS RAM、CMOS 微处理器或其他低功耗逻辑电路提供电池备份切换功能，保障数据的安全存储。
3. 阈值检测：具备 1.25V 阈值检测器，可用于电源故障警告、低电量检测或监控除 +5V 以外的电源。
4. 手动复位输入：提供低电平有效的手动复位输入，方便用户在需要时手动复位系统。

两款产品的主要区别在于电源电压监控电平，MAX703 在电源电压降至 4.65V 以下时产生复位信号，而 MAX704 则在 4.40V 以下触发复位。

二、应用领域

MAX703/MAX704 的应用范围广泛，涵盖了计算机、控制器、智能仪器以及关键微处理器电源监控等多个领域。在这些对系统稳定性和可靠性要求较高的场合，MAX703/MAX704 能够发挥重要作用。

三、典型工作电路与特性

（一）典型工作电路

文档中给出了典型的工作电路图，包含了未稳压直流电源、稳压 +5V 电源、微处理器、电池等主要元件，清晰展示了 MAX703/MAX704 在实际应用中的连接方式。

（二）产品特性

1. 电池备份电源切换：能够在主电源故障时自动切换到备用电池，确保系统的持续运行。
2. 精确的电源电压监控：MAX703 为 4.65V，MAX704 为 4.40V，精准的监控电平保证了系统在合适的电压下稳定工作。
3. 200ms 复位脉冲宽度：足够长的复位脉冲宽度可以确保处理器有足够的时间完成复位操作，避免复位不彻底的问题。
4. 去抖的 TTL/CMOS 兼容手动复位输入：方便用户手动控制复位，且具备去抖功能，避免因抖动产生误触发。
5. 低静态电流：正常工作时静态电流为 200μA，电池备份模式下仅为 50nA，有效降低了功耗。
6. 电源故障或低电量警告电压监控：通过阈值检测功能，及时发出警告信号，让用户能够提前采取措施。
7. 多种封装形式：提供 8 引脚 DIP 和 SO 封装，方便不同应用场景的选择。
8. 可靠的复位断言：保证在 (V_{CC}=1V) 时仍能有效输出复位信号，增强了系统的可靠性。

四、电气特性

文档详细列出了 MAX703/MAX704 的电气特性参数，包括工作电压范围、电源电流、输出电压、复位阈值等。这些参数是我们在设计电路时的重要参考依据，需要根据具体的应用需求进行合理选择和调整。例如，在选择电源时，要确保 (V{CC}) 和 (V{BATT}) 在规定的工作电压范围内；在考虑功耗时，要关注不同模式下的电源电流等。

五、引脚说明

（一）各引脚功能

引脚	名称	功能
1	VOUT	为 CMOS RAM 提供电源输出，根据 (V{CC}) 和 (V{BATT}) 的电压情况进行切换。
2	VCC	+5V 电源输入引脚。
3	GND	接地引脚。
4	PFI	电源故障比较器输入，当输入电压低于 1.25V 时，PFO 输出低电平。
5	PFO	电源故障比较器输出，用于指示电源故障情况。
6	MR	手动复位输入，拉低至 0.8V 以下可触发复位脉冲。
7	RESET	复位输出，在 (V_{CC}) 低于复位阈值时保持低电平。
8	VBATT	备用电池输入，在主电源故障时提供备用电源。

（二）引脚应用注意事项

在实际应用中，要正确连接各引脚，并根据具体需求进行合理配置。例如，当不使用 PFI 引脚时，应将其连接到 GND 或 (V_{CC})；MR 引脚在不使用时应保持浮空状态等。

六、详细工作原理

（一）复位输出

微处理器的复位输入用于使其处于已知状态。MAX703/MAX704 在 (V{CC}) 低时断言复位，防止在电源上电、掉电或欠压条件下出现代码执行错误。当 (V{BATT}) 为 2V 或更高时，无论 (V{CC}) 如何，RESET 始终有效。上电时，(V{CC}) 上升，RESET 保持低电平，直到 (V_{CC}) 超过复位阈值，内部定时器会使 RESET 再保持低电平 200ms 后变为高电平。如果出现电源故障或欠压情况，RESET 会再次被断言。

（二）电源故障比较器

PFI 输入与内部参考电压进行比较，当 PFI 低于 1.25V 时，PFO 输出低电平。该比较器可作为欠压检测器，用于信号电源故障。在典型工作电路中，通过外部分压器监测未稳压直流电压，当电压下降到一定程度时，PFO 可作为中断信号通知微处理器进行电源掉电准备。在电池备份模式下，电源故障比较器会关闭，PFO 被强制为低电平以节省电源。

（三）备用电池切换

在欠压或电源故障时，为了保存 RAM 中的数据，备用电池非常重要。当 (V{CC}) 低于复位阈值时，MAX703/MAX704 会自动将 RAM 切换到备用电源。具体切换过程如下：当 (V{CC}) 高于复位阈值时，(V{CC}) 通过 5Ω 的 p 沟道 MOSFET 电源开关连接到 VOUT；当 (V{CC}) 低于复位阈值时，(V{CC}) 或 (V{BATT})（取较高者）切换到 VOUT。需要注意的是，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 的开关切换到 VOUT。在电池备份模式下，(V_{BATT}) 连接到 VOUT，内部电路由电池供电。

（四）手动复位

手动复位输入 (MR) 允许通过按钮开关激活 RESET。由于复位脉冲宽度最小为 140ms，可有效消除开关抖动的影响。此外，MR 引脚与 TTL/CMOS 兼容，可由外部逻辑线驱动。

七、应用信息

（一）使用超级电容作为备用电源

超级电容具有极高的电容值，在使用时需要注意 (V{BATT}) 与 (V{CC}) 的电压差。当 (V{CC}) 超过 MAX703/MAX704 的复位阈值时，(V{BATT}) 超过 (V_{CC}) 的差值不应超过 0.6V。文档中给出了使用 MAX703 和 MAX704 分别搭配不同电压公差电源的超级电容电路示例，为我们在实际应用中提供了参考。

（二）使用电池和电源作为备用电源

锂原电池是理想的备用电池选择，因为它们具有极低的自放电率和高能量密度。开路电压在 3.0V 至 3.6V 之间的单节锂电池非常适合与 MAX703/MAX704 配合使用。需要注意的是，开路电压大于复位阈值加 0.3V 的电池不能直接作为备用电池使用，否则在 (V_{CC}) 接近复位阈值时会通过二极管向衬底提供电流。

（三）不使用备用电源的情况

如果不使用备用电源，可将 VBATT 接地，并将 (V_{CC}) 直接连接到 VOUT，这样可以消除内部开关的电压降。此外，也可以选择不具备电池备份功能的 MAX705 - MAX708 系列产品。

（四）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，防止当输入电压接近比较器触发点时 PFO 反复触发。文档中给出了具体的电路实现方法，通过选择合适的电阻比例和添加电容，可以有效提高比较器的稳定性。

（五）监控负电压

电源故障比较器也可以用于监控负电压。文档中提供了相应的电路，当负电源正常时，PFO 输出低电平；当负电源电压下降时，PFO 输出高电平。需要注意的是，该电路的准确性受 PFI 阈值公差、(V_{CC}) 电压和电阻值的影响。

（六）确保低至 (V_{CC}=0V) 时 RESET 输出有效

当 (V_{CC}) 低于 1V 时，MAX703/MAX704 的 RESET 输出不再吸收电流，变为开路状态。为了确保 RESET 引脚保持低电平，可以在 RESET 引脚添加下拉电阻，阻值约为 100kΩ。

（七）更换备用电池

在 (V{CC}) 正常的情况下，可以直接更换备用电池而不会触发复位。只要 (V{CC}) 保持在复位阈值以上，就不会进入电池备份模式。这是相比于一些切换集成电路的优势，避免了在 (V{CC}) 和 (V{BATT}) 电压相近时触发复位的问题。

（八）使用电源故障比较器触发复位

除了在 (V{CC}) 复位阈值电压触发复位外，还可以在 PFI 输入阈值电压触发复位。将 PFO 连接到 MR，当监控电源电压下降到用户指定的阈值或 (V{CC}) 低于复位阈值时，可触发复位脉冲。为了提高抗干扰能力，可以在 PFI 和 GND 之间添加电容。

八、总结

MAX703/MAX704 是两款功能强大、性能可靠的微处理器监控电路，它们在降低系统复杂度、提高系统可靠性方面具有显著优势。通过合理选择和应用这两款产品，以及根据具体需求进行相应的电路设计和优化，我们可以为微处理器系统提供更加稳定和可靠的电源监控和电池控制解决方案。在实际设计过程中，你是否遇到过类似产品应用的挑战呢？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。