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對于多數(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)測降低電壓條件也使碼執(zhí)行問題（可使存儲器不可靠或?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序，以防止其微控制器，微處理器，DSP或ASIC閉鎖，閉鎖問題可能導(dǎo)致系統(tǒng)損壞或長期可靠性問題。在大多數(shù)情況下，一個或多個微處理器監(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)電源電壓的一種簡單方法是用電壓監(jiān)測器，這種IC包括一個比較器和一個內(nèi)部基準(zhǔn)。當(dāng)電源電壓降到低于電壓檢測器的閾值時，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)會保護(hù)存儲器、開或斷電源系統(tǒng)停機(jī)在控制狀態(tài)。 上電或斷電期間，當(dāng)電壓檢測器改變狀態(tài)時，其輸出在短的傳播延遲后才判定。這對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)位輸入需要一個較長的延遲，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，能提供較長的延遲（稱之為復(fù)位超時）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閾值以上電也會發(fā)生，在電源返回到POR閾值以上之后，會提供同樣的延遲。上電復(fù)位具有不同的固定超時周期數(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ζ鳌LD，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，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，出現(xiàn)在高可靠系統(tǒng)中的電源電壓數(shù)在增加，10個或更多電壓是平常的。在監(jiān)控大數(shù)量電壓時，可以用幾個監(jiān)控器件。在這種情況下，用具有漏板開路的多電壓監(jiān)控器有很多的好處，因?yàn)檫@種器件的輸出可以O(shè)R在一起來提供單個輸出。圖1示出兩個MAX6710連接在一起，監(jiān)控8個電壓時，提供一個復(fù)位信號。 圖1具有漏板開路輸出的兩個多電壓監(jiān)控器監(jiān)控8個電壓并提供單個復(fù)位輸出 過壓保護(hù)電路 某些電源不僅僅需要監(jiān)控欠壓，而且也需要監(jiān)控過壓條件。在很多系統(tǒng)中，過壓監(jiān)控已成為必須的。以防止損壞昂貴的處理器和ASIC。監(jiān)控過電和欠壓條件的上下限幅檢測器可用兩個電壓檢測器和一個基準(zhǔn)構(gòu)成。另外一種辦法是用專門的上下限幅檢測器IC，如MAX6754。另外一種電壓保護(hù)電路包括一個外部P溝道MOSFET，若電壓超過所標(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)控器電路檢測一個過壓條件時，P溝道MOSFET斷開電源 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，電源要求其Power OK（POK）信號（假若有此信號）告知其他電路其電壓是在容限內(nèi)。POK輸出連接第2個穩(wěn)壓器的停機(jī)或使能引腳并在有效時開啟此穩(wěn)壓器。圖3示出其電路圖。對于需要較長延遲的情況，某些穩(wěn)壓器包括一個POR；這種配置允許在開通定序中的下一個電源前有較長的時間延遲。 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信號可用時，可以用電壓檢測器或POR監(jiān)控電源輸出，把檢測器或POR輸出連接到第2個電源的停機(jī)或使能輸入。當(dāng)監(jiān)測電壓超過特定閾值時，第2個電源開通。在用有干擾的電源時，特別是監(jiān)控電壓電平接近于其跳閘值情況下，檢測器不必幾次開、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，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)生信號除上述優(yōu)點(diǎn)外，還允許控制導(dǎo)通時間；POR所具有的復(fù)位暫停時間范圍為幾微秒~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個電源的系統(tǒng)中，可以在第3個電源有效前，使前兩個電源有效。假若用單個無POK輸出的穩(wěn)壓器產(chǎn)生前兩個電源，則可以用一個雙電壓POR來控制它的兩個電壓。然后，鎖入使能或停機(jī)引腳，使POR輸出控制第3個電源定序。為了定序更多數(shù)量的電源，可以采用多電壓器件。例如，一個四電壓檢測器適合于定序4個電壓。此外，可以采用具有不同延遲的多復(fù)位輸出的器件來定序多個電源。 導(dǎo)通通路器件 在用一個“銀盒子”或“磚頭”電源時，設(shè)有另外的電路，以控制命令開和關(guān)每個電壓是不可能的。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“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；一個器件需要芯核電源首先上升，而第2個器件需求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一個外部器件來開關(guān)電源。圖4示出一個電壓檢測器連接到MOSFET的柵極，此MOSFET開關(guān)VCC1。當(dāng)有一個可用的較高電壓提供柵—源電壓（此電壓對于完全增強(qiáng)MOSFET是足夠大的）時，用一個N溝道MOSFET是合適的。然而，可能會引起問題，在電路上電期間，若VCC2早于VCC1達(dá)到足夠高的電平，會導(dǎo)通電壓檢測器的輸出。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，使電壓檢測器輸出維持低態(tài)。 圖4若得到一個較高的電壓，則電壓檢測器告導(dǎo)通N溝道MOSFET可以定序一個低電壓 用一個電壓檢測器和一個P溝道MOSFET，不需要第2個較高的電壓可以實(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這樣的器件來執(zhí)行監(jiān)控和定序雙重功能（見圖5）。這類IC用復(fù)位電路監(jiān)控第一個電壓來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，IC通過其MOSFET驅(qū)動器導(dǎo)通MOSFET。一個內(nèi)部電荷泵加一個固定電壓到第2個電源，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完全增強(qiáng)MOSFET。 圖5在初級電源增加之后，MAX6819導(dǎo)通第2個電源。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）的評價，使系統(tǒng)電源偏離額定電平進(jìn)行評價。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一個數(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較小的步長增加或減少電源電平）；后一種方法允許更詳細(xì)地評價系統(tǒng)性能。 圖6執(zhí)行電壓定容限的簡單技術(shù)是增加一個數(shù)字電位器或電流DAC到變換器的反饋回路 可以用ADC更精確地測量這些電源電平值。用微控制所含的ADC來執(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，其內(nèi)部基準(zhǔn)可能超出容差，這會影響ADC精度。在加容限期間也必須斷開或禁止復(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)失效時的電源電壓電平。在大系統(tǒng)中執(zhí)行加容限功能的過程可能是相當(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電壓，一個供電芯核、另一個供電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個電源電壓。在單個系統(tǒng)中，監(jiān)控器電路可能需要監(jiān)控和定序10個以上的電壓。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，也需要一個相當(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。對很多器件，一個串行接口允許設(shè)計(jì)人員編程內(nèi)部寄存器來配置器件和設(shè)置閾值電平和延遲。板上EEPROM存儲這些寄存器的內(nèi)容。 圖7示出MAX6870系統(tǒng)管理器件監(jiān)控和定序幾個系統(tǒng)的電源框圖。當(dāng)+12V總線電壓增加并超過其閾值（存儲在MAX6870中）時，MAX6870一個輸出立即或一個延遲周期（也存儲在MAX6870存儲器中）之后，使能+5V穩(wěn)壓器。在+5V穩(wěn)壓器上升，而且輸出超過它所對應(yīng)的閾值時，+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，+5V開關(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 通常編程這類系統(tǒng)管理器件來提供另外的監(jiān)控功能（如復(fù)位電路和看門狗定時器）。系統(tǒng)管理器件通過其模擬和數(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)控一個溫度讀數(shù)和一個電源電流檢測讀數(shù)。MAX6870包括一個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監(jiān)控器都包含一個比較器輸出，指示已發(fā)生的失效（即溫度或電流已超過特定的限值）。每個比較器輸出連接到MAX6870通用輸入（GPI）；MAX6870配置成當(dāng)失效條件發(fā)生時，關(guān)閉一個或多個電源，從而點(diǎn)亮+12電源上的負(fù)載。 內(nèi)部的ADC使得精確地對電源加容限變得容易。在加容限過程期間，可以從ADC寄存器讀每個電源輸出的電壓。在電壓加容限時，容限輸入也可以禁止輸出或編程它們到已知狀態(tài)，因此，在此過程期間避免系統(tǒng)復(fù)位。 結(jié)語 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)管理器件針對當(dāng)今系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員央對的復(fù)雜性問題。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)時間。 |
