非常見(jiàn)問(wèn)題第215期:是否存在真正的無(wú)毛刺電壓監(jiān)控器IC?

問(wèn)題

真正的無(wú)故障電壓監(jiān)控器IC存在嗎？或者它只是一個(gè)概念？

回答

是的，真正的無(wú)毛刺監(jiān)控器IC是存在的。MAX16161/MAX16162就是例子，即使在零電源電壓下，這些IC也能產(chǎn)生可靠的復(fù)位信號(hào)，從而能夠監(jiān)控供電電壓低于1V的電子器件。

可靠的監(jiān)控器IC始終是工業(yè)界的行業(yè)需求，因?yàn)樗梢蕴岣呦到y(tǒng)可靠性，并在電壓瞬變和電源故障時(shí)提升系統(tǒng)性能。半導(dǎo)體制造商也在不斷提高電壓監(jiān)控器IC的性能。為了生成明確或可靠的復(fù)位信號(hào)，監(jiān)控器IC只需要一個(gè)稱為上電復(fù)位的最低電壓(VPOR)，而在達(dá)到該最低電源電壓之前，復(fù)位信號(hào)的狀態(tài)是不確定的。一般來(lái)說(shuō)，我們將其稱之為復(fù)位毛刺。

復(fù)位引腳主要有兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：開(kāi)漏和推挽（圖1）。兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都使用NMOS作為下拉MOSFET。

上電期間，如果電源電壓低于VPOR，就沒(méi)有足夠的電壓能驅(qū)動(dòng)內(nèi)部MOSFET工作，因此MOSFET關(guān)閉。此時(shí)，監(jiān)控器無(wú)法對(duì)復(fù)位電壓進(jìn)行控制。復(fù)位電壓將與上拉電壓(VPULLUP)成比例上升。而一旦電源電壓高于VPOR，內(nèi)部MOSFET將驅(qū)動(dòng)RESET引腳進(jìn)入有效狀態(tài)。 

圖1 復(fù)位拓?fù)涞拈_(kāi)漏配置和推挽配置

圖2 數(shù)據(jù)手冊(cè)EC表中的POR規(guī)格

電壓監(jiān)控器可用于監(jiān)控FPGA、ASIC或數(shù)字信號(hào)處理器的低電源軌，其電壓可低至1 V。在低供電電壓處理器中，I/O的邏輯電平非常敏感，其VIH可低至0.5 V，如圖3所示。

上電期間，F(xiàn)PGA、ASIC或數(shù)字信號(hào)處理器需要處于RESET狀態(tài)，直到所有電源軌穩(wěn)定。當(dāng)VCC低于VPOR時(shí)，RESET引腳可能會(huì)出現(xiàn)毛刺，該毛刺可能會(huì)觸發(fā)FPGA的未知狀態(tài)。一旦VCC高于VPOR，內(nèi)部MOSFET就會(huì)開(kāi)啟，并將RESET連接到GND，使RESET引腳輸出正確的邏輯低電平。

圖3 監(jiān)控器與低壓ASIC、FPGA或數(shù)字信號(hào)處理器的接口

圖4 帶毛刺復(fù)位信號(hào)的上電時(shí)序

隨著電子行業(yè)向低壓半導(dǎo)體發(fā)展，模擬芯片制造商也在傳統(tǒng)監(jiān)控器的基礎(chǔ)上努力實(shí)現(xiàn)無(wú)毛刺復(fù)位。制造商可以通過(guò)改進(jìn)工藝來(lái)降低VPOR，但實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)毛刺監(jiān)控器需要一個(gè)全新的架構(gòu)。

目前，如圖5所示系統(tǒng)工程師使用帶有傳統(tǒng)監(jiān)控器的外部電路來(lái)模擬無(wú)毛刺監(jiān)控功能。添加一個(gè)配置為源極跟隨器的標(biāo)準(zhǔn)JFET可以實(shí)現(xiàn)這一功能，源極的電壓將取決于柵極電壓VG與JFET閾值電壓的差。JFET閾值電壓會(huì)在VG和VOUT之間產(chǎn)生大約1 V的壓降，從而避免監(jiān)控器的輸出電壓在內(nèi)部MOSFET關(guān)斷時(shí)升高，直到監(jiān)控器的內(nèi)部MOSFET開(kāi)始正常工作。

圖5 帶有外部P型JFET的傳統(tǒng)監(jiān)控器,可實(shí)現(xiàn)無(wú)毛刺工作

結(jié)論

真正的無(wú)毛刺監(jiān)控器IC不再只是一個(gè)概念。設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在擁有一款能在零電源電壓下產(chǎn)生可靠復(fù)位信號(hào)的監(jiān)控器IC，使系統(tǒng)工程師能夠使用該IC來(lái)監(jiān)控低供電電壓（低于1 V）的電子器件。MAX16161/MAX16162為微型nanoPower IC，靜態(tài)電流僅為825 nA，有助于延長(zhǎng)系統(tǒng)電池壽命。

圖6 MAX16162的應(yīng)用示意圖和相應(yīng)的時(shí)序圖

關(guān)于作者

Suryash Rai自2016年以來(lái)一直在ADI公司擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)支持保護(hù)IC產(chǎn)品組合。他擁有卡納塔克邦國(guó)家技術(shù)學(xué)院的通信工程碩士學(xué)位。Suryash目前居住在加州圣何塞，愛(ài)好烹飪、旅行和交友。