SGM850xQ：汽车应用中的精密电压监控利器

在汽车电子领域，对电压监控和系统稳定性的要求极为严苛。SG Micro Corp推出的SGM850xQ精密电压监控器，凭借其高精度、可编程等特性，成为汽车应用中的得力助手。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、产品概述

SGM850xQ是一款专为汽车应用设计的精密电压监控器，具有精确的窗口电压监控功能，在 -40℃ 至 +125℃ 的温度范围内，过压（(V{IT}+OV)）和欠压（(V{IT}-UV)）阈值精度可达 1.4%。同时，它还具备精确的迟滞特性，适用于对容差要求较小的系统。该设备的输出（nRESET）延迟可以由工厂默认设置决定，也可以通过 CRST 引脚的外部电容来确定。

此外，SGM850xQ 还拥有可调节的看门狗定时器和特殊的看门狗输出（nWDO），nWDO 可用于定位故障原因。看门狗超时周期同样可以由工厂默认设置或通过 CWD 引脚的外部电容来确定，并且看门狗功能可以关闭。该产品符合 AEC - Q100 标准（汽车电子委员会（AEC）标准 Q100 等级 1），适用于汽车应用。它采用绿色 TDFN - 3×3 - 10BL 封装，具有可焊侧翼，便于光学检查。

二、产品特性亮点

（一）汽车应用资质认证

通过 AEC - Q100 认证，工作温度范围为 -40℃ 至 +125℃，这意味着它能够在汽车复杂的环境下稳定工作，为汽车电子系统的可靠性提供了坚实保障。在实际应用中，无论是高温的发动机舱环境，还是低温的冬季户外，SGM850xQ 都能正常发挥其性能，确保系统的稳定运行。

（二）高精度阈值监测

过压和欠压监测的阈值精度高达 1.4%（MAX），能够对 0.4V 至 5.0V 的电压轨进行精确监测。不同型号的故障窗口阈值有所不同，SGM850A - xQ 为 ±4%，SGM850B - xQ 为 ±7%，并且具有 0.7% 的迟滞特性。这使得它能够准确地检测电压的异常变化，及时发出警报，避免系统因电压问题而出现故障。

（三）可编程定时器

具备工厂编程的精密看门狗和复位定时器，看门狗和复位延迟精度为 ±15%。看门狗功能可禁用，并且超时周期和复位延迟均可调节。这为工程师在设计系统时提供了极大的灵活性，可以根据不同的应用场景和需求，定制合适的定时器参数，确保系统的稳定性和安全性。

（四）低功耗设计

典型供电电流仅为 9μA，在保证高精度监测的同时，尽可能地降低了功耗。这对于汽车电子系统来说非常重要，因为汽车的电源资源有限，低功耗的设备可以减少电池的消耗，延长系统的续航时间。

（五）输出特性

采用低电平有效、开漏输出，方便与其他电路进行连接和控制。这种输出方式具有较高的灵活性和兼容性，可以与多种不同类型的控制器和电路进行配合使用。

（六）封装优势

采用绿色小型 TDFN - 3×3 - 10BL 封装，体积小巧，节省 PCB 空间。同时，可焊侧翼便于光学检查，提高了生产效率和产品质量。

三、引脚配置与功能

（一）引脚配置

SGM850xQ 采用 TDFN - 3×3 - 10BL 封装，其引脚包括 VDD（电源引脚）、CWD（可编程看门狗超时输入引脚）、SET0 和 SET1（逻辑输入引脚，用于确定看门狗比率、超时周期和禁用功能）、CRST（可编程复位超时引脚）、GND（接地引脚）、WDI（看门狗输入引脚）、nWDO（看门狗输出引脚）、nRESET（复位输出引脚）和 SENSE（电压监测输入引脚）。

（二）引脚功能详解

1. VDD 引脚：作为电源引脚，在噪声较大的情况下，建议在该引脚下方放置一个 0.1μF 的旁路电容，以滤除电源中的噪声，确保设备的稳定供电。
2. CWD 引脚：可编程看门狗超时输入引脚。通过连接不同的元件，可以实现不同的看门狗超时周期设置。当连接电容时，可使用公式 (t_{WDUTYP}(s) = 77.4 × C{CWD}(µF) + 0.055(s)) 来确定看门狗上边界。而 SETx 引脚可用于设置看门狗下边界。此外，还可以通过将该引脚连接到 VDD 或使其浮空，选择工厂预设的看门狗超时选项。
3. SET0 和 SET1 引脚：逻辑输入引脚，它们与 CWD 引脚共同决定看门狗比率、超时周期和禁用功能。通过不同的组合，可以实现不同的看门狗配置。例如，当 SET0 = 1 且 SET1 = 0 时，可禁用看门狗功能，这在系统初始化或关机模式下非常有用，可以避免看门狗可能产生的错误。
4. CRST 引脚：可编程复位超时引脚。同样可以通过连接不同的元件来设置复位超时周期。当使用外部电容时，可使用公式 (t_{RSTTYP}(s) = 3.22 × C{CRST}(µF) + 0.0005(s)) 来确定复位超时时间。也可以选择将该引脚连接到 VDD 或使其浮空，采用工厂预设的复位超时选项。
5. WDI 引脚：看门狗输入引脚，为下降沿触发。WDI 脉冲必须在看门狗窗口（(t_{WDLMAX})，(t{WDU_MIN})）内发送，且脉冲宽度至少为 100ns，以确保设备能够检测到该脉冲。当接收到有效 WDI 脉冲时，nWDO 保持不置位；若未接收到，则 nWDO 置为低电平。在 nRESET 置位时，看门狗功能被禁用，WDI 信号将不被识别。
6. nWDO 引脚：独立的看门狗输出引脚，可在看门狗定时期间发出故障标志，无需触发 nRESET 信号。当 nRESET 为高电平时，若在有效看门狗定时区域内未触发有效 WDI 信号，nWDO 将置为低电平 (t_{RST}) 时间。当 nRESET 因其他原因置为低电平时，若 nWDO 引脚连接了上拉电阻到 VDD 或其他电压轨，则 nWDO 引脚将变为高电平。当 nRESET 信号再次置为高电平时，看门狗定时器将尽快恢复正常运行。
7. nRESET 引脚：复位输出引脚，为开漏输出，需要连接上拉电阻将其电压拉高到所需电平。上拉电阻的选择需要考虑低电平输出电压（(V{OL})）、nRESET 与 GND 之间的电容以及 nRESET 引脚的泄漏电流等因素，通常建议选择 1kΩ 至 100kΩ 的电阻。当 SENSE 引脚电压低于欠压阈值（(V{IT}-UV)）或高于过压阈值（(V{IT}+OV)）时，nRESET 变为低电平；当 SENSE 引脚电压进入正常监测范围时，复位定时器开始计数，计数完成后 nRESET 变为高电平。在电源上电过程中，当 VDD 低于上电复位电压（(V{POR})）时，nRESET 的状态未定义；当 VDD 高于 (V_{POR}) 时，nRESET 变为低电平，并保持低电平直到 SENSE 引脚电压处于工作范围内。
8. SENSE 引脚：用于监测电压轨的输入引脚。由于其最大电压为 6.5V，在噪声环境下，建议在该引脚放置一个 1nF 至 10nF 的电容，以抑制可能出现的尖峰电压，提高监测的准确性。

四、电气特性与性能

（一）电气特性

在 (V{DD}=1.6V) 至 6.5V、(R{PULL}=10kΩ)、(T{A}=-40^{circ}C) 至 +125℃（典型值在 (T{A}=+25^{circ}C)）的条件下，SGM850xQ 具有以下电气特性：

• 电源电压：范围为 1.6V 至 6.5V，能够适应不同的电源环境。
• 电源电流：典型值为 9μA，最大值为 19μA，体现了其低功耗的特点。
• 复位功能相关参数：上电复位电压（(V{POR})）在 (I{nRESET} = 15µA)、(V_{OLMAX} = 0.25V) 时，最大值为 0.8V；欠压锁定电压（(V{UVLO})）典型值为 1.37V；过压和欠压检测阈值精度为 ±1.4%；迟滞电压为 0.2% 至 1.4% 等。
• 窗口看门狗功能相关参数：CWD 引脚和 CRST 引脚的充电电流和阈值电压等参数也有明确规定，这些参数确保了看门狗和复位功能的准确实现。

（二）典型性能曲线

文档中给出了多个典型性能曲线，如过压和欠压精度与温度的关系曲线、CWD 充电电流与温度的关系曲线、电源电流与电源电压的关系曲线等。这些曲线直观地展示了 SGM850xQ 在不同条件下的性能表现，为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。例如，通过过压和欠压精度与温度的关系曲线，可以了解到在不同温度下，设备的监测精度变化情况，从而合理选择工作温度范围，确保系统的稳定性。

五、工作模式与应用

（一）设备功能模式

SGM850xQ 根据 (V_{DD}) 和 SENSE 引脚电压的不同，具有以下几种功能模式：

1. (V{DD}{POR})：此时 nRESET 信号未定义，不能依靠该信号来保证设备的正常功能。在这种情况下，设备处于不稳定状态，需要等待电源电压上升到合适范围。
2. (V{POR} ≤ V{DD} < V_{UVLO})：无论 SENSE 引脚电压如何，nRESET 引脚都保持低电平。nWDO 引脚在 nRESET 置位为低电平时变为高电平，且此时不接受 WDI 信号。这是为了防止在电源电压不稳定时，设备出现误动作。
3. (V{UVLO} ≤ V{DD} < V_{DD_MIN})：nRESET 状态由 SENSE 引脚电压决定，但精度无法保证。在这个电压范围内，设备虽然可以工作，但监测精度可能会受到影响，需要谨慎使用。
4. (V{DD} ≥ V{DD_MIN})：当 (V{DD}) 大于 (V{DDMIN}) 且持续时间超过 (t{SD}) 时，nRESET 输出状态由 SENSE 引脚电压决定。当 SENSE 引脚电压在有效窗口（(V{IT}-UV < V{SENSE} < V_{IT}+OV)）内时，nRESET 变为高电平；当 SENSE 引脚电压超出该窗口时，nRESET 变为低电平。同时，nWDO 在 nRESET 置位为低电平时变为高电平。这是设备的正常工作模式，能够准确地监测电压并执行相应的复位和看门狗功能。

（二）应用信息

1. CRST 延迟设置

CRST 引脚为用户提供了三种设置复位延迟的选项：将 CRST 连接到 VDD 或使其浮空，可采用工厂预设的复位延迟；将 CRST 连接到外部电容，则可实现用户编程的复位延迟。复位延迟时间由 CRST 的配置决定。当 nRESET 置位时，内置状态机将在 500μs 内检测 CRST 引脚状态。工厂预设的复位延迟时间在 CRST = NC 时为 170ms 至 230ms（典型值 200ms），在 CRST = 10kΩ 到 VDD 时为 8.5ms 至 11.5ms（典型值 10ms）。用户编程的复位延迟可通过公式 (t{RST}(s) = 3.22 × C{CRST}(µF) + 0.0005(s)) 计算，建议使用 100pF 至 1μF 的电容，以获得 800μs 至 3.22s 的复位延迟时间。为了获得精确的复位延迟，建议选择高质量的陶瓷电容（如 C0G、X5R、X7R），并将电容靠近芯片放置。

2. CWD 功能设置

CWD 引脚同样提供了三种配置看门狗定时器的选项：将 CWD 引脚连接 10kΩ 上拉电阻到 VDD 或使其浮空，可启用工厂预设的看门狗超时设置；将 CWD 引脚连接电容到 GND，则可实现用户自定义的看门狗定时周期。用户自定义的看门狗上边界（(t{WDU})）可通过公式 (t{WDUTYP}(s) = 77.4 × C{CWD}(µF) + 0.055(s)) 计算，建议使用 100pF 至 1μF 的电容，以获得 62.74ms 至 77.455s 的看门狗上边界时间。工厂预设的看门狗定时模式在不同的 CWD、SET0 和 SET1 组合下有不同的上下边界时间，具体可参考文档中的表格。

3. 可调 SENSE 配置

当 SGM850xQ 的标准型号无法满足用户的阈值要求时，可以采用 SGM850B - 0.4Q 并在 SENSE 引脚外部放置电阻分压器的方法来实现所需的阈值电压。通过合理选择电阻值，可以调整监测电压的阈值。但需要注意的是，较大的电阻值可以降低整体电流消耗，但会降低检测精度。因此，需要进行权衡，使通过 (R{2}) 的电流为流入设备电流的 100 倍。监测电压与电阻分压器的关系可通过公式 (V{MON} = V_{ITADJ} × (1 + R{1} / R_{2})) 计算。

4. SENSE 引脚过驱动处理

SGM850xQ 能够抑制 SENSE 引脚上的短脉冲或毛刺，其抗干扰能力取决于持续时间和过驱动电压。当 SENSE 电压长时间低于触发点时，nRESET 置位，输出拉低；当 SENSE 电压仅在几纳秒内低于触发点时，nRESET 不置位，输出保持高电平。通过增加 SENSE 电压低于触发点的比例，可以改变 nRESET 置位的时间长度。过驱动百分比可通过公式 (Overdrive = |(V{SENSE} / V{ITx} - 1) × 100%|) 计算，其中 (V{ITx}) 可以是过压阈值 (V{IT}+OV) 或欠压阈值 (V_{IT}-UV)。

5. 应用实例

文档中给出了两个应用实例，分别是使用 SGM850A - 1.2Q 监测 1.2V 电压轨和使用 SGM850B - 0.4Q 监测 0.7V 电压轨。通过详细的设计步骤和参数计算，展示了如何根据具体的设计要求，选择合适的型号和配置参数，以实现对不同电压轨的监测和看门狗功能。例如，在监测 1.2V 电压轨的实例中，需要考虑复位延迟、看门狗窗口、输出逻辑电压、监测电压的容差和设备电流消耗等因素，通过合理选择芯片型号、CRST 和 CWD 引脚的配置以及上拉电阻的值，满足设计要求。

六、电源与布局建议

（一）电源建议

SGM850xQ 正常工作的输入电压范围为 1.6V 至 6.5V。根据输入电源的噪声特性，建议在 VDD 和 GND 引脚之间连接一个 0.1µF 至 1µF 的电容，以滤除电源中的噪声，确保设备的稳定供电。

（二）布局指南

为了确保 SGM850xQ 的性能，建议遵循以下布局指南：

1. 在 VDD 引脚附近放置一个 0.1µF 的陶瓷电容，以抑制噪声或瞬态尖峰，提高电源的稳定性。
2. 将 CRST 引脚或其上拉电阻尽可能靠近 CRST 引脚放置。如果 CRST 引脚未连接电容，应减少该引脚上的寄生电容，以提高 nRESET 延迟时间的准确性。
3. 将 CWD 引脚或其上拉电阻尽可能靠近 CWD 引脚放置，确保看门狗定时器的准确性。