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無毛刺電壓監(jiān)控器IC——是概念還是現(xiàn)實？
發(fā)布時間：2022-12-06 00:00:00 瀏覽：1624次
作者：ADI核心產(chǎn)品事業(yè)部工程師Suryash Rai
可靠的電壓監(jiān)控器IC，一直是工業(yè)界的行業(yè)需求。因為它可以提高系統(tǒng)可靠性，并在電壓瞬變和電源故障時提升系統(tǒng)性能。當(dāng)前，半導(dǎo)體制造商都在不斷提高電壓監(jiān)控器IC的性能，以尋求突破。
監(jiān)控器IC需要一個稱為上電復(fù)位（VPOR）的最低電壓來生成明確或可靠的復(fù)位信號，而在此最低電源電壓到來之前，復(fù)位信號的狀態(tài)是不確定的。一般來說，將其稱之為復(fù)位毛刺。
復(fù)位引腳主要有兩種不同的拓撲結(jié)構(gòu)，即開漏和推挽（圖1）。兩種拓撲結(jié)構(gòu)都使用NMOS作為下拉MOSFET。
圖1、顯示了復(fù)位拓撲的開漏配置和推挽配置
上電期間，如果電源電壓低于VPOR，就沒有足夠的電壓能驅(qū)動內(nèi)部MOSFET工作，因此MOSFET關(guān)閉。此時，監(jiān)控器無法對復(fù)位電壓進行控制。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RESET引腳進入有效狀態(tài)。
圖2、顯示了復(fù)位電壓如何與上拉電壓（VPULLUP）成比例上升，從而導(dǎo)致通常所說的復(fù)位毛刺。
電壓監(jiān)控器可用于監(jiān)控FPGA、ASIC或DSP的低電源軌，其電壓可低至1V。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0.5V，如圖3所示。
上電期間，F(xiàn)PGA、ASIC或DSP需要處于RESET狀態(tài)，直到所有電源軌穩(wěn)定。當(dāng)VDD低于VPOR時，RESET引腳可能會出現(xiàn)毛刺，該毛刺可能會觸發(fā)FPGA的未知狀態(tài)。一旦VDD高于VPOR，內(nèi)部MOSFET就會開啟并將RESET連接到GND，并使RESET引腳輸出正確的邏輯低電平。
圖3、顯示了監(jiān)控器與低供電電壓ASIC/FPGA/DSP的接口
圖3、顯示了監(jiān)控器與低供電電壓ASIC/FPGA/DSP的接口
圖4、顯示了帶毛刺復(fù)位信號的上電時序。
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)上努力實現(xiàn)無毛刺監(jiān)控器。制造商可以通過改進工藝來降低VPOR，但實現(xiàn)真正的無毛刺監(jiān)控器需要一個全新的架構(gòu)。
目前，系統(tǒng)工程師使用帶有傳統(tǒng)監(jiān)控器的外部電路來模擬圖5所示的無毛刺監(jiān)控功能。添加一個配置為源極跟隨器的標(biāo)準(zhǔn)JFET可以實現(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閾值電壓會在VG和VOUT之間產(chǎn)生大約1V的壓降，從而避免監(jiān)控器的輸出電壓在內(nèi)部MOSFET關(guān)斷時升高，直到監(jiān)控器的內(nèi)部MOSFET開始正常工作。
圖5、顯示了一個帶有外部P-JFEF的傳統(tǒng)監(jiān)控器，可實現(xiàn)無毛刺工作。
真正的無毛刺監(jiān)控器可以通過復(fù)位吸入電流，即使當(dāng)VCC為零時也會將復(fù)位引腳強制拉到接地電位。圖6顯示了一種真正無毛刺監(jiān)控器的示例電路。ADI的MAX16161/MAX16162無需任何外部組件即可實現(xiàn)無毛刺工作，小巧且經(jīng)濟。
圖6、MAX16162的應(yīng)用示意圖和相應(yīng)的時序圖
總結(jié)：
真正的無毛刺監(jiān)控器IC不再只是一個概念。設(shè)計人員現(xiàn)在已擁有了一款可在零電源電壓下產(chǎn)生可靠復(fù)位信號的監(jiān)控器IC，使系統(tǒng)工程師能夠使用該IC來監(jiān)控低供電壓（低于1V）的電子器件。而且MAX16161/MAX16162為微型nanoPower IC，靜態(tài)電流僅為825nA，有助于延長系統(tǒng)電池壽命。
關(guān)于作者
Suryash Rai自2016年以來一直在Maxim Integrated®（現(xiàn)為ADI公司的一部分）擔(dān)任應(yīng)用工程師，負責(zé)支持電壓監(jiān)控器和電源保護產(chǎn)品。他擁有卡納塔克邦國家技術(shù)學(xué)院的通信工程碩士學(xué)位。Suryash目前居住在班加羅爾，愛好烹飪、旅行和交友。
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