用復(fù)位發(fā)生器和電壓監(jiān)控器來避免故障

摘要： 介紹用可編程電源管理器件，萊迪思公司的 POWR607對(duì)電壓進(jìn)行監(jiān)控，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)的解決方案。POWR607是在系統(tǒng)可編程器件，配置存儲(chǔ)在片上E2CMOS存儲(chǔ)器中。

關(guān)鍵詞： 在系統(tǒng)可編程；POWR607；可編程電源管理器件

工程師經(jīng)常會(huì)受到來自市場(chǎng)的壓力，迫使他們?cè)鰪?qiáng)產(chǎn)品的特性，同時(shí)降低產(chǎn)品的成本和結(jié)構(gòu)。使用集成電路和高集成度的微處理器時(shí)會(huì)遇到這樣的挑戰(zhàn)。然而，這些元件需要用多種低電壓供電。輸入到電路板上的電源(或者DC-DC轉(zhuǎn)換器)產(chǎn)生這些電壓。 為了提供如同單一 電源電路板那樣的可靠性，對(duì)電路板上所有的電源都要進(jìn)行監(jiān)控。新一代的電壓監(jiān)控器和復(fù)位產(chǎn)生器使得多電壓的監(jiān)控更加容易。
 
 什么是復(fù)位產(chǎn)生器和電壓監(jiān)控器？

大多數(shù)微處理器提供“復(fù)位”引腳能使外部的硬件從固定的存儲(chǔ)器位置開始執(zhí)行程序。這個(gè)引腳由外部的集成電路驅(qū)動(dòng)，稱為復(fù)位產(chǎn)生器。在所有為處理器供電的電源都開啟之后，在短暫的時(shí)間激活復(fù)位信號(hào)。外部的手動(dòng)復(fù)位輸入時(shí)，復(fù)位產(chǎn)生器也能激活復(fù)位信號(hào)。

當(dāng)關(guān)閉電路板上的電源，或者電路板上的電源有一個(gè)有故障時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況？

輸入電源關(guān)閉時(shí)，電路板上所有的電壓都關(guān)閉，輸出電壓開始下降。另一方面電源有故障時(shí)，輸出電壓會(huì)降至規(guī)定的電平之下，或者升高至有危險(xiǎn)的電平。電源電壓下降時(shí)，處理器不能夠正確地執(zhí)行指令，會(huì)跳轉(zhuǎn)到其它存儲(chǔ)器位置。因此，處理器會(huì)沖掉Flash存儲(chǔ)器的內(nèi)容，使系統(tǒng)不能正常工作。

為了防止這樣的系統(tǒng)故障，使用了電壓監(jiān)控集成電路。電壓監(jiān)控集成電路監(jiān)控電源電壓，有任何電源發(fā)生故障時(shí)中斷電路板上的處理器。處理器可以終止當(dāng)前的操作，或者保存關(guān)鍵信息。此后，復(fù)位發(fā)生器使處理器處于復(fù)位狀態(tài)，直到所有的電源都關(guān)閉。

圖1 微處理器電路板的方塊圖
圖1為簡(jiǎn)單處理器電路板的方塊圖。微處理器的內(nèi)部電壓和I/O電壓向微處理器供電。圖中展示了存儲(chǔ)器、ASIC和Flash存儲(chǔ)器和與之相關(guān)的電壓。

電壓監(jiān)控器和復(fù)位產(chǎn)生器的運(yùn)作

復(fù)位產(chǎn)生器等待所有的電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，于是在復(fù)位脈沖持續(xù)一段時(shí)間后(取決于電容值)，發(fā)出CPU的復(fù)位信號(hào)。然后使能Flash存儲(chǔ)器寫功能。如果上電時(shí)電路板上的任何一個(gè)電壓有故障，就不會(huì)向處理器發(fā)出復(fù)位信號(hào)，以防止破壞Flash存儲(chǔ)器。

所有電源開啟時(shí)，監(jiān)控器監(jiān)控所有的電壓(包括輸入電源)。如果任何一個(gè)電壓有故障，監(jiān)控器向處理器發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)，在短暫的時(shí)刻后，激活CPU復(fù)位，并關(guān)閉Flash寫信號(hào)。監(jiān)控器的有效性取決于其電壓監(jiān)控精度和對(duì)電壓故障檢測(cè)的速度。

針對(duì)監(jiān)控器選擇電壓監(jiān)控閾值

在圖1中，CPU內(nèi)部電壓指定為1V ± 5%。監(jiān)控器監(jiān)控閾值應(yīng)設(shè)置成1V-5%= 0.95V。設(shè)置后，當(dāng)VCC-CPU內(nèi)部電壓低于0.95V時(shí)，監(jiān)控器集成電路產(chǎn)生低電壓中斷信號(hào)。5個(gè)被監(jiān)控電壓中的任何一個(gè)低于對(duì)應(yīng)的電壓閾值時(shí)，圖1中的監(jiān)控器集成電路激活CPU中斷信號(hào)。

電壓監(jiān)控精度

對(duì)于圖1中的監(jiān)控器，2%的0.95V閾值精度意為可以在任何點(diǎn)激活CPU中斷信號(hào)，從0.95V+2%至0.95V-2%(0.97V至0.93V)。使用監(jiān)控器集成電路時(shí)，監(jiān)控器閾值應(yīng)該設(shè)置在0.97V，防止處理器工作在低于其可容忍的電平。然而，這個(gè)設(shè)置限制了DC-DC轉(zhuǎn)換器容限。通常精度為1%的監(jiān)控器提供最佳的解決方案。

 監(jiān)控故障檢測(cè)延時(shí)

測(cè)量故障檢測(cè)延時(shí)指從 電源電壓降到低于監(jiān)控器的閾值至監(jiān)控器指明故障的輸出時(shí)間。然而在故障檢測(cè)延時(shí)期間，電源電壓繼續(xù)下降。延時(shí)越長(zhǎng)，在報(bào)告故障的時(shí)刻電源電壓越低。因此，故障檢測(cè)延時(shí)應(yīng)該盡可能的短(最佳為數(shù)十微秒)。

用Power Good 信號(hào)監(jiān)控電源電壓   

DC-DC轉(zhuǎn)換器的PG(Power Good)信號(hào)指明了電壓已經(jīng)到達(dá)了其電壓的近似90%。在圖2所示的電路，所有的PG信號(hào)和手動(dòng)復(fù)位信號(hào)都連接到PLD(可編程邏輯器件)。PLD產(chǎn)生CPU復(fù)位信號(hào)、中斷CPU，通過邏輯方程關(guān)閉Flash寫信號(hào)。這種方法還經(jīng)常用來實(shí)現(xiàn)電源定序。