基于MAX16024的低功耗設(shè)備電源備份方案

1 引言
在低功耗設(shè)備中，供電穩(wěn)定性是影響設(shè)備性能的關(guān)鍵因素之一，高效的電源備份系統(tǒng)可為低功耗設(shè)備提供穩(wěn)定的電源管理性能和靈活的供電配置選擇。因此，這里提出一種基于MAX16024的低功耗設(shè)備電源備份方案。

2 MAX16024簡(jiǎn)介
MAX16024是一款低功耗電源備份器件，可以提供穩(wěn)壓輸出，以及高達(dá)100 mA的輸出電流。MAX16024內(nèi)部包含一個(gè)低壓差穩(wěn)壓器、微處理器(μP)復(fù)位電路以及電源切換電路，還包括手動(dòng)復(fù)位、電源失效檢測(cè)比較器和電池供電指示器等其他功能。這款器件還可減少外部元件的數(shù)量，減小電路板空間并提高可靠性。
MAX16024的輸入電壓為1．53~5．5 V，并可提供固定的1．2 V、1．8 V、2．5 V、3．0 V和3．3 V標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓。MAX16024可通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，所有輸出均采用推挽或漏極開路配置。MAX16024工作在一40℃～+85℃工業(yè)級(jí)溫度范圍，提供8引腳或10引腳TDFN封裝，圖1為MAX16024的引腳配置和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以下為MAX16024的引腳功能描述：
CEIN(引腳1)：片選輸入。CEIN選通電路輸入；不用時(shí)，將其連接到GND或OUT；
Vcc(引腳2)：電源電壓輸入。采用0．1μF電容旁路Vcc至GND；
BATT(引腳3)：備份電源輸入。如果Vcc低于復(fù)位門限(VTH)，VBATT≥Vcc，且穩(wěn)壓器進(jìn)人非穩(wěn)壓區(qū)域，穩(wěn)壓器由BATT供電；如果VBATIVcc，穩(wěn)壓器由Vcc供電。采用0．1μF電容旁路BATT至GND。
MR(引腳4)：低電平有效、手動(dòng)復(fù)位輸入。當(dāng)MR拉低時(shí)，觸發(fā)RESET為低電平；MR由低變高后，RESET在復(fù)位超時(shí)周期內(nèi)仍保持低電平。不用時(shí)，將MR接至OUT或懸空。MR內(nèi)部通過(guò)30 kΩ上拉電阻連接到Vcc。
SET(引腳5)：用來(lái)設(shè)置輸出電壓的輸入端。對(duì)于固定輸出電壓版本(MAX16024_TB_)，不用時(shí)，SET接GND。對(duì)于MAX16024_TB_，SET連接至外部分壓電阻，能夠?qū)⑤敵龆穗妷涸O(shè)置在1．8～5．25 V之間。
BATT ON(引腳6)：高電平有效電池指示輸出。當(dāng)器件進(jìn)入電源備份模式時(shí)，BATT ON變高。
GND(引腳7)：接地。
RESET(引腳8)：低電平有效復(fù)位輸出。當(dāng)Vcc低于復(fù)位門限或MR拉低時(shí)，觸發(fā)RESET為低電平。Vcc高于復(fù)位門限并且MR拉高后，RESET在復(fù)位超時(shí)周期內(nèi)仍將保持低電平。RESET提供推挽和開漏輸出選項(xiàng)。
OUT(引腳9)：線性穩(wěn)壓器輸出電壓。所有器件均提供工廠預(yù)設(shè)的1．2 V、1．8 V、2．5 V、3．0 V和3．3 V固定輸出電壓。

CEOUT(引腳10)：低電平有效片選輸出。只有在CEIN為低電平且沒有進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)時(shí)，CEOUT才為低電平。觸發(fā)復(fù)位時(shí)，如果CEIN為低電平， CEOUT將繼續(xù)保持12 μs(典型值)的低電平狀態(tài)然后變高，或者當(dāng)CEIN變高時(shí)跳變到高電平，具體取決于首先發(fā)生哪一種情況。

在MAX16024的典型連接中，OUT端為SRAM供電；如果VCC高于復(fù)位門限(VTH)，或者VCC低于VTH但高于VRATT，穩(wěn)壓器將由VCC 供電。如果VCCVRATT，穩(wěn)壓器進(jìn)人非穩(wěn)壓狀態(tài)，此時(shí)穩(wěn)壓器將由BATT端供電。OUT端由VCC供電時(shí)，可輸出最高100mA的電流。
(1)備份電源切換在斷電和電源失效的情況下，往往需要保存RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。MAX16024的BATT帶有備份電源切換電路，當(dāng)VCC跌落時(shí)將自動(dòng)切換到備份電源供電。MAX16024帶有BATT ON輸出，進(jìn)入電源備份模式時(shí)該引腳變?yōu)楦唠娖健．?dāng)滿足以下條件之一時(shí)，器件將切換到電源備份模式：1)VCC低于復(fù)位門限；2)VCC低于VRATT； 3)穩(wěn)壓器進(jìn)入非穩(wěn)壓狀態(tài)(除1．2 V輸出電壓版本之外)。
(2)片選信號(hào)選通MAX16024提供內(nèi)部CE信號(hào)的選通控制，可避免在電源失效或斷電時(shí)向CMOS RAM寫入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。正常工作期間，CE選通使能并將CE瞬變直接傳送到輸出端。觸發(fā)復(fù)位輸出時(shí)，該選通通道被禁止，以避免破壞CMOSRAM內(nèi)的數(shù)據(jù)， CEOUT通過(guò)內(nèi)部電流源被拉高至OUT。CEIN至CEOUT之間的1．5 ns傳輸延遲使器件可以配合大多數(shù)微處理器和高速DSP工作。正常工作模式下(沒有復(fù)位)，CEIN通過(guò)低導(dǎo)通電阻的傳輸門連接到CEOUT。復(fù)位時(shí)，如果CEIN為高電平，則無(wú)論隨后如何變化，CEOUT在復(fù)位狀態(tài)下均保持高電平。復(fù)位時(shí)，如果CEIN為低電平，CEOUT將保持12μs的低電平，以完成讀／寫操作。12μs延遲后，CEOUT將變?yōu)楦唠娖?，無(wú)論CEIN隨后如何變化，復(fù)位期間輸出都將保持在高電平。當(dāng)CEOUT與CEIN斷開時(shí)， CEOUT被上拉至OUT。片選電路的傳輸延時(shí)取決于驅(qū)動(dòng)CEIN的源阻抗和CEOUT的容性負(fù)載。降低CEOUT的容性負(fù)載將最大限度地減小傳輸延時(shí)，同時(shí)應(yīng)該采用低阻輸出的驅(qū)動(dòng)器。
(3)手動(dòng)復(fù)位輸入MAX16024中的為邏輯低電平時(shí)將觸發(fā)RESET。當(dāng)MR為邏輯低電平時(shí)，RESET保持復(fù)位狀態(tài)。MR變高后，經(jīng)過(guò)最小145 ms(tRP)的超時(shí)周期后RESET解除復(fù)位。MR在內(nèi)部通過(guò)30 kΩ上拉電阻連接到VCC。MR可由TTL/COMS邏輯電平或開漏／集電極輸出驅(qū)動(dòng)。在MR和GND之間可連接一個(gè)常開的瞬態(tài)開關(guān)，提供手動(dòng)復(fù)位功能，無(wú)需外部去抖電路。如果由長(zhǎng)電纜驅(qū)動(dòng)或設(shè)備工作在嘈雜環(huán)境下，需要在MR和GND之間連接一個(gè)0．1μF的電容，以提供額外的噪聲抑制功能。
(4)電池連接指示器當(dāng)進(jìn)入電源備份模式時(shí)MAX160224的BATT ON輸出變高，用來(lái)指示電源切換狀態(tài)。
(5)電池保鮮在第一次連接VCC之前，MAX16024的電池保鮮功能可以確保備份電池不和內(nèi)部電路及OUT連接，保證最終產(chǎn)品在第一次使用時(shí)，連接到 BATT的備份電池是全新的。內(nèi)部保鮮鎖存功能可以保持閉鎖狀態(tài)，避免BATT在VCC第一次上電之前為OUT供電。當(dāng)VCC隨后關(guān)閉時(shí)，BATT開始為 OUT供電。
(6)復(fù)住輸出在上電、斷電和低電壓狀態(tài)下MAX16024的P監(jiān)控電路將觸發(fā)處理器復(fù)位，以避免代碼運(yùn)行錯(cuò)誤。當(dāng)VCC低于復(fù)位門限時(shí)，觸發(fā)RESET，并在VCC上升超過(guò)復(fù)位門限后繼續(xù)保持至少145 ms(tRP)的低電平時(shí)間。MR為低電平時(shí)，也會(huì)觸發(fā)RESET。

(7)穩(wěn)壓器輸出MAX16024器件提供1．2 V、1．8 V、25 V、3．0 V和3．3 V固定輸出電壓，可提供最大100mA的負(fù)載電流。同時(shí)MAX16024提供固定和可調(diào)輸出電壓版本，利用連接在OUT、SET和GND之間的外部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置輸出電壓，可在1．8~525 V之間調(diào)節(jié)，將SET接GND，則選擇固定輸出電壓版本。

3 應(yīng)用實(shí)例
圖2給出基于MAX16024的電源備份電路。

圖2的電源備份電路，MAX16024可提供典型值為10 s的短路保護(hù)。如果OUT短路至地的時(shí)問超過(guò)10 s，則可能損壞器件。采用0．1μF電容分別旁路VCC和BATT至GND。OUT和GND之間連接10μF的低ESR電容，所有電容盡可能靠近器件放置。當(dāng)VCC高于VTH時(shí)，移除備份電源不會(huì)觸發(fā)復(fù)位。VCC保持在復(fù)位門限以上時(shí)，電路不會(huì)進(jìn)人電源備份模式。當(dāng)出現(xiàn)短暫的負(fù)向VCC電壓時(shí)，電源備份電路可以抑制短暫的擾動(dòng)，提供額外的瞬態(tài)保護(hù)能力。
在對(duì)該電路進(jìn)行供電穩(wěn)定性測(cè)試中，電路供電穩(wěn)定，輸入電壓和輸出電壓之間呈良好的線性關(guān)系(圖3)；在片選復(fù)位過(guò)程中，電路輸出電壓過(guò)渡穩(wěn)定，如圖4所示。

4 結(jié)束語(yǔ)
MAX16024非常適合為存儲(chǔ)敏感數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器提供備份電源。例如靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)或?qū)崟r(shí)時(shí)鐘(RTC)，當(dāng)電源電壓跌落時(shí)，通過(guò)VCC供電的穩(wěn)壓輸出切換至備份電源。