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對(duì)于多數(shù)電子系統(tǒng)，用上電復(fù)位（POR）監(jiān)控系統(tǒng)電壓能保證正確的上電初始化。用POR監(jiān)測(cè)降低電壓條件也使碼執(zhí)行問(wèn)題（可使存儲(chǔ)器不可靠或?qū)е孪到y(tǒng)不能正確運(yùn)行）最少。為了改善高端系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)電源必須有正確的時(shí)序，以防止其微控制器，微處理器，DSP或ASIC閉鎖，閉鎖問(wèn)題可能導(dǎo)致系統(tǒng)損壞或長(zhǎng)期可靠性問(wèn)題。在大多數(shù)情況下，一個(gè)或多個(gè)微處理器監(jiān)控IC可執(zhí)行這些定序和監(jiān)控功能。 用檢測(cè)器和上電復(fù)位監(jiān)控電壓 監(jiān)控系統(tǒng)電源電壓的一種簡(jiǎn)單方法是用電壓監(jiān)測(cè)器，這種IC包括一個(gè)比較器和一個(gè)內(nèi)部基準(zhǔn)。當(dāng)電源電壓降到低于電壓檢測(cè)器的閾值時(shí)，其輸出告知系統(tǒng)微控制器，電源故障即將發(fā)生。這種警示使微控制器有機(jī)會(huì)保護(hù)存儲(chǔ)器、開(kāi)或斷電源系統(tǒng)停機(jī)在控制狀態(tài)。 上電或斷電期間，當(dāng)電壓檢測(cè)器改變狀態(tài)時(shí)，其輸出在短的傳播延遲后才判定。這對(duì)于電源故障告警是好的。在大多數(shù)情況下，微控制器的復(fù)位輸入需要一個(gè)較長(zhǎng)的延遲，在微控制器的從其復(fù)位狀態(tài)釋放前，在上電期間系統(tǒng)時(shí)鐘和電源必須穩(wěn)定，處理器的寄存器必須初始化。上電復(fù)位（POR）是微處理器監(jiān)控IC的一種性能，能提供較長(zhǎng)的延遲（稱(chēng)之為復(fù)位超時(shí)）使系統(tǒng)在允許微控制器工作前完全初始化。當(dāng)電源電壓暫低于POR閾值以上電也會(huì)發(fā)生，在電源返回到POR閾值以上之后，會(huì)提供同樣的延遲。上電復(fù)位具有不同的固定超時(shí)周期數(shù)和閾值電壓，有些上電復(fù)位提供電容器可調(diào)的超時(shí)周期。 監(jiān)控多電壓系統(tǒng) 大多數(shù)系統(tǒng)監(jiān)控3.3V I/O邏輯電源。為了使系統(tǒng)具有較高可靠性，必須監(jiān)控另外的電源，如芯核和存儲(chǔ)器電源。為數(shù)眾多的多電壓微處理器監(jiān)控器能執(zhí)行這種任務(wù)，但給定系統(tǒng)的特殊要求使所選擇余地大大降低。盡管大多數(shù)監(jiān)控器能監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)電壓（如5V，3.3V、2.5V和1.8V），但往往需要監(jiān)控另外的電壓，這是因?yàn)椴煌脑ɡ绱鎯?chǔ)器、PLD，ASIC）具有特殊的電源要求。因此，你必須決定是采用固定閾值器件（這種器件不需要外部電阻器）還是更靈活的可調(diào)閾值器件（這種器件滿(mǎn)足需求和改變，但需要外部電阻器）。具有固定和可調(diào)閾值組合的器件是一種最好的解決方案。在選擇器件時(shí)，重要的是選擇其基準(zhǔn)電壓比所監(jiān)控的系統(tǒng)最低電壓要低很多。例如，工作在0.8V，0.9V和1V電源系統(tǒng)中，用具有標(biāo)準(zhǔn)1.2V基準(zhǔn)的器件就不能工作。 近年來(lái)，出現(xiàn)在高可靠系統(tǒng)中的電源電壓數(shù)在增加，10個(gè)或更多電壓是平常的。在監(jiān)控大數(shù)量電壓時(shí)，可以用幾個(gè)監(jiān)控器件。在這種情況下，用具有漏板開(kāi)路的多電壓監(jiān)控器有很多的好處，因?yàn)檫@種器件的輸出可以O(shè)R在一起來(lái)提供單個(gè)輸出。圖1示出兩個(gè)MAX6710連接在一起，監(jiān)控8個(gè)電壓時(shí)，提供一個(gè)復(fù)位信號(hào)。 圖1具有漏板開(kāi)路輸出的兩個(gè)多電壓監(jiān)控器監(jiān)控8個(gè)電壓并提供單個(gè)復(fù)位輸出 過(guò)壓保護(hù)電路 某些電源不僅僅需要監(jiān)控欠壓，而且也需要監(jiān)控過(guò)壓條件。在很多系統(tǒng)中，過(guò)壓監(jiān)控已成為必須的。以防止損壞昂貴的處理器和ASIC。監(jiān)控過(guò)電和欠壓條件的上下限幅檢測(cè)器可用兩個(gè)電壓檢測(cè)器和一個(gè)基準(zhǔn)構(gòu)成。另外一種辦法是用專(zhuān)門(mén)的上下限幅檢測(cè)器IC，如MAX6754。另外一種電壓保護(hù)電路包括一個(gè)外部P溝道MOSFET，若電壓超過(guò)所標(biāo)定的電平，則外部P溝道MOSFET關(guān)閉電源（圖2）。 圖2當(dāng)監(jiān)控器電路檢測(cè)一個(gè)過(guò)壓條件時(shí)，P溝道MOSFET斷開(kāi)電源 定序電路 用電源穩(wěn)壓器的使能或停機(jī)引腳可以方便地定序電源。在這種“菊花鏈”配置中，當(dāng)電源首次上電時(shí)，電源要求其Power OK（POK）信號(hào)（假若有此信號(hào)）告知其他電路其電壓是在容限內(nèi)。POK輸出連接第2個(gè)穩(wěn)壓器的停機(jī)或使能引腳并在有效時(shí)開(kāi)啟此穩(wěn)壓器。圖3示出其電路圖。對(duì)于需要較長(zhǎng)延遲的情況，某些穩(wěn)壓器包括一個(gè)POR；這種配置允許在開(kāi)通定序中的下一個(gè)電源前有較長(zhǎng)的時(shí)間延遲。 圖3帶POK輸出的電源為定序其他電源提供一種方便的方法 當(dāng)設(shè)有POK信號(hào)可用時(shí)，可以用電壓檢測(cè)器或POR監(jiān)控電源輸出，把檢測(cè)器或POR輸出連接到第2個(gè)電源的停機(jī)或使能輸入。當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓超過(guò)特定閾值時(shí)，第2個(gè)電源開(kāi)通。在用有干擾的電源時(shí)，特別是監(jiān)控電壓電平接近于其跳閘值情況下，檢測(cè)器不必幾次開(kāi)、關(guān)穩(wěn)壓器。在這種情況下，上電復(fù)位電路可使這種影響最小，有利用POR的暫停周期。當(dāng)被監(jiān)控電壓低于監(jiān)控器的閾值時(shí)，POR輸出在被監(jiān)控電壓返回到高于閾值前至少維持和保持最小復(fù)位暫停周期。在暫停周期期間，為了使監(jiān)控器去除維持，電壓必須繼續(xù)大于復(fù)位閾值，因此可避免電源復(fù)位循環(huán)。用POR為停機(jī)或使能引腳產(chǎn)生信號(hào)除上述優(yōu)點(diǎn)外，還允許控制導(dǎo)通時(shí)間；POR所具有的復(fù)位暫停時(shí)間范圍為幾微秒~1秒多。 上電復(fù)位電路也具有控制其他上電的序的能力。例如，在3個(gè)電源的系統(tǒng)中，可以在第3個(gè)電源有效前，使前兩個(gè)電源有效。假若用單個(gè)無(wú)POK輸出的穩(wěn)壓器產(chǎn)生前兩個(gè)電源，則可以用一個(gè)雙電壓POR來(lái)控制它的兩個(gè)電壓。然后，鎖入使能或停機(jī)引腳，使POR輸出控制第3個(gè)電源定序。為了定序更多數(shù)量的電源，可以采用多電壓器件。例如，一個(gè)四電壓檢測(cè)器適合于定序4個(gè)電壓。此外，可以采用具有不同延遲的多復(fù)位輸出的器件來(lái)定序多個(gè)電源。 導(dǎo)通通路器件 在用一個(gè)“銀盒子”或“磚頭”電源時(shí)，設(shè)有另外的電路，以控制命令開(kāi)和關(guān)每個(gè)電壓是不可能的。這種電源提供標(biāo)準(zhǔn)電壓（如5V、3.3V、1.8V），這些電壓分布在系統(tǒng)中。例如，一個(gè)“磚頭”電源可為兩上不同的IC提供3.3V邏輯電源和1.8V芯核電源。在某些情況下，這些IC需要不同的電源定序；一個(gè)器件需要芯核電源首先上升，而第2個(gè)器件需求I/O電源先上升。 在這種情況下，定序電源的一種方法是通過(guò)一個(gè)外部器件來(lái)開(kāi)關(guān)電源。圖4示出一個(gè)電壓檢測(cè)器連接到MOSFET的柵極，此MOSFET開(kāi)關(guān)VCC1。當(dāng)有一個(gè)可用的較高電壓提供柵—源電壓（此電壓對(duì)于完全增強(qiáng)MOSFET是足夠大的）時(shí)，用一個(gè)N溝道MOSFET是合適的。然而，可能會(huì)引起問(wèn)題，在電路上電期間，若VCC2早于VCC1達(dá)到足夠高的電平，會(huì)導(dǎo)通電壓檢測(cè)器的輸出。在這種情況下，VCC2將增強(qiáng)MOSFET（它將導(dǎo)通）直到VCC1上升足夠大，使電壓檢測(cè)器輸出維持低態(tài)。 圖4若得到一個(gè)較高的電壓，則電壓檢測(cè)器告導(dǎo)通N溝道MOSFET可以定序一個(gè)低電壓 用一個(gè)電壓檢測(cè)器和一個(gè)P溝道MOSFET，不需要第2個(gè)較高的電壓可以實(shí)現(xiàn)同樣的電路。但是，此電路不適合低電壓電源。另外，P溝道MOSFET的較高導(dǎo)通電阻，使得此電路對(duì)于高功率應(yīng)用是不實(shí)用的。 一種比較容易和更可靠的方法就是用MAX6891這樣的器件來(lái)執(zhí)行監(jiān)控和定序雙重功能（見(jiàn)圖5）。這類(lèi)IC用復(fù)位電路監(jiān)控第一個(gè)電壓來(lái)確定該電壓是否在性能指標(biāo)內(nèi)；當(dāng)符合性能指標(biāo)時(shí)，IC通過(guò)其MOSFET驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)通MOSFET。一個(gè)內(nèi)部電荷泵加一個(gè)固定電壓到第2個(gè)電源，并加合電壓到MOSFET的柵極，這有助于確保柵一源電壓能足夠高來(lái)完全增強(qiáng)MOSFET。 圖5在初級(jí)電源增加之后，MAX6819導(dǎo)通第2個(gè)電源。其板上電荷泵增強(qiáng)MOSFET使其導(dǎo)通電阻最小 容限功能 很多電信、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)和服務(wù)器設(shè)備在制造期間，往往采用容限工藝規(guī)程，使系統(tǒng)維持堅(jiān)固的可靠性能。此工藝涉及系統(tǒng)（或處理器）的評(píng)價(jià)，使系統(tǒng)電源偏離額定電平進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了改變電源電平，通常用數(shù)字電位器或電流DAC改變DC-DC變換器電源的反饋回路來(lái)調(diào)節(jié)。圖6示出加容限到電源的很多方法中的兩種。其他通用方法包括通過(guò)一個(gè)數(shù)字接口編程電源輸出或調(diào)節(jié)電源。不同程序的容限控制包括“合格/失效”方法（對(duì)所有電源增加或減少±5%或±10%電平）和精細(xì)的調(diào)節(jié)方法（電源以10mV或100mV較小的步長(zhǎng)增加或減少電源電平）；后一種方法允許更詳細(xì)地評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能。 圖6執(zhí)行電壓定容限的簡(jiǎn)單技術(shù)是增加一個(gè)數(shù)字電位器或電流DAC到變換器的反饋回路 可以用ADC更精確地測(cè)量這些電源電平值。用微控制所含的ADC來(lái)執(zhí)行此功能；然而，在微控制器供電電源降到低于性能指標(biāo)時(shí)，其內(nèi)部基準(zhǔn)可能超出容差，這會(huì)影響ADC精度。在加容限期間也必須斷開(kāi)或禁止復(fù)位輸出，這樣系統(tǒng)可以繼續(xù)工作。另外，系統(tǒng)將復(fù)位，使得不可能現(xiàn)出系統(tǒng)失效時(shí)的電源電壓電平。在大系統(tǒng)中執(zhí)行加容限功能的過(guò)程可能是相當(dāng)慢的。 監(jiān)控、定序和加容限集身于單器件 盡管很多處理器只需要兩個(gè)電壓，一個(gè)供電芯核、另一個(gè)供電I/O，但其他器件（如DSP，ASIC，網(wǎng)絡(luò)處理器，視頻處理器）可能需要5個(gè)電源電壓。在單個(gè)系統(tǒng)中，監(jiān)控器電路可能需要監(jiān)控和定序10個(gè)以上的電壓。隨著系統(tǒng)中電源電壓數(shù)量的增加，需要監(jiān)控、定序和加容限的IC數(shù)量也在增加。這使成本增加并占用更多板空間。在需要改變參量（如電壓閾值，復(fù)位暫停周期）時(shí)，也需要一個(gè)相當(dāng)困難的任務(wù)。 降低電路復(fù)雜程度的一種方法是采用可編程系統(tǒng)管理IC、這種IC把監(jiān)控和定序功能集于一體。這種器件的可編程性，使修改變得更容易處理。在樣機(jī)和制造階段不需要換入和換出設(shè)計(jì)器件。對(duì)很多器件，一個(gè)串行接口允許設(shè)計(jì)人員編程內(nèi)部寄存器來(lái)配置器件和設(shè)置閾值電平和延遲。板上EEPROM存儲(chǔ)這些寄存器的內(nèi)容。 圖7示出MAX6870系統(tǒng)管理器件監(jiān)控和定序幾個(gè)系統(tǒng)的電源框圖。當(dāng)+12V總線(xiàn)電壓增加并超過(guò)其閾值（存儲(chǔ)在MAX6870中）時(shí)，MAX6870一個(gè)輸出立即或一個(gè)延遲周期（也存儲(chǔ)在MAX6870存儲(chǔ)器中）之后，使能+5V穩(wěn)壓器。在+5V穩(wěn)壓器上升，而且輸出超過(guò)它所對(duì)應(yīng)的閾值時(shí)，+3.3V電源除去停機(jī)。然后，剩余的電源依次以相同的方法增加（除非在MAX6870增強(qiáng)N溝道通路器件時(shí)，+5V開(kāi)關(guān)電源變?yōu)橛行В?br /> 圖7可編程系統(tǒng)管理器件為電壓監(jiān)控和定序提供一種靈活的方法 通常編程這類(lèi)系統(tǒng)管理器件來(lái)提供另外的監(jiān)控功能（如復(fù)位電路和看門(mén)狗定時(shí)器）。系統(tǒng)管理器件通過(guò)其模擬和數(shù)字輸入，也可監(jiān)控除電源電壓外的參量。在圖7電路中，AUXIN（模擬輸入）和GPI-（數(shù)字輸入）監(jiān)控一個(gè)溫度讀數(shù)和一個(gè)電源電流檢測(cè)讀數(shù)。MAX6870包括一個(gè)10位ADC，它把讀數(shù)數(shù)字化；微控器監(jiān)控這些數(shù)字化讀數(shù)的狀態(tài)。溫度傳感器和電流檢測(cè)監(jiān)控器都包含一個(gè)比較器輸出，指示已發(fā)生的失效（即溫度或電流已超過(guò)特定的限值）。每個(gè)比較器輸出連接到MAX6870通用輸入（GPI）；MAX6870配置成當(dāng)失效條件發(fā)生時(shí)，關(guān)閉一個(gè)或多個(gè)電源，從而點(diǎn)亮+12電源上的負(fù)載。 內(nèi)部的ADC使得精確地對(duì)電源加容限變得容易。在加容限過(guò)程期間，可以從ADC寄存器讀每個(gè)電源輸出的電壓。在電壓加容限時(shí)，容限輸入也可以禁止輸出或編程它們到已知狀態(tài)，因此，在此過(guò)程期間避免系統(tǒng)復(fù)位。 結(jié)語(yǔ) 在高端系統(tǒng)中，監(jiān)控、定序和加容限電壓有許多方法。新一代系統(tǒng)管理器件針對(duì)當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員央對(duì)的復(fù)雜性問(wèn)題。新的完全集成的器件為已有方案提供一種替代方案，在單個(gè)器件中給出更大的靈活性和功能，從而節(jié)省板空間、成本和設(shè)計(jì)時(shí)間。 |
