六輸入電壓監(jiān)視器的性能特點(diǎn)、功能及在汽車電子中的應(yīng)用分析

引言

凌力爾特公司最新的一組電源監(jiān)控器（包含三款器件）是6輸入電壓監(jiān)視器，對當(dāng)今那些需要進(jìn)行準(zhǔn)確電源監(jiān)視的多電壓系統(tǒng)提供了一種理想選擇。LTC2930、LTC2931和LTC2932能夠在40℃至125℃的溫度范圍內(nèi)保持1.5%的門限準(zhǔn)確度。被監(jiān)視電源電壓的組合由單個(gè)引腳來設(shè)定。每款器件均提供了16種門限電壓組合，從而滿足了幾乎所有多電壓系統(tǒng)的要求。其具有的可編程性免除了針對不同門限電壓組合來認(rèn)證、采購和庫存獨(dú)特器件的需要。

這三款器件的整體架構(gòu)和操作規(guī)格很相似，但各具一些獨(dú)特的特征（見表1）。LTC2930將在任何欠壓過程之后或當(dāng)手動復(fù)位輸入（ /MR ）被拉至低電平時(shí)生成一個(gè)復(fù)位信號。由于它采用了緊湊型3mm x 3mm 12引腳DFN封裝，因而適合于空間受限型應(yīng)用。LTC2931包括一個(gè)看門狗輸入（WDI）、一個(gè)看門狗輸出（ /WDO ）和可以由用戶調(diào)節(jié)的看門狗周期，旨在實(shí)現(xiàn)微處理器監(jiān)視和控制。LTC2932能夠改變其監(jiān)視器門限（從5% 至12.5%），并由一個(gè)復(fù)位停用引腳提供了裕度調(diào)節(jié)能力。LTC2931和LTC2932均采用20引腳TSSOP封裝，并具有分離的比較器輸出，從而實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)的電源監(jiān)視和/或排序。

單引腳配置簡化了設(shè)計(jì)

這些監(jiān)控器提供了一種配置輸入電壓門限的上佳方法。圖1顯示出了利用VPG引腳上的單個(gè)阻性分壓器來把監(jiān)控器設(shè)定為16種門限選項(xiàng)之一的方法。

實(shí)際門限由集成精準(zhǔn)分壓器來設(shè)定，用于5V、3.3V、3V、2.5V、1.8V和1.5V電源監(jiān)視。對于其他的電源電壓值，具0.5V門限的獨(dú)立比較器允許使用一個(gè)阻性分壓器來對幾乎任何正電源進(jìn)行監(jiān)視，如圖2a所示。V4輸入還采用用于偏移的集成緩沖基準(zhǔn)來監(jiān)視負(fù)電壓，并提供了相同的1.5%準(zhǔn)確度，見圖2b。

門限準(zhǔn)確度的含義是什么？

假設(shè)一個(gè)具 ±5% 電源容差的5V系統(tǒng)，5V電源可以在4.75V至5.25V之間變化。由該電源供電的系統(tǒng)IC必須在此電壓范圍之內(nèi)（以及略超出該范圍的電壓條件下，正如下文說明的）可靠地運(yùn)作。如果一個(gè)用于該電源的監(jiān)控器具有完美的準(zhǔn)確度，那么它將精確地在4.75V電壓條件下產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號。然而，如此理想的監(jiān)控器并不存在。監(jiān)控器的實(shí)際復(fù)位門限會在一個(gè)規(guī)定的范圍內(nèi)波動；在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，LTC2930、LTC2931和LTC2932的復(fù)位門限將在其標(biāo)稱門限電壓的 ±1.5% 以內(nèi)變化（圖3）。復(fù)位門限范圍和電源容差范圍兩者不應(yīng)重疊。這可以防止當(dāng)電源實(shí)際上處于其規(guī)定容差范圍之內(nèi)時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤或麻煩的復(fù)位。

LTC2930、LTC2931和LTC2932擁有 ±1.5% 的復(fù)位門限準(zhǔn)確度，于是，一個(gè)“5%”的門限通常被設(shè)定在比標(biāo)稱輸入電壓低6.5%。因此，對于一個(gè)典型值為5V的電源而言，“5%”門限即為4.675V。在整個(gè)溫度范圍里，該門限保證處于4.750V至4.600V的電壓范圍之內(nèi)。受電系統(tǒng)必須要能夠在低至門限范圍下限的電壓條件下可靠地運(yùn)作，否則在正確發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號之前就時(shí)刻存在著發(fā)生故障的危險(xiǎn)。

準(zhǔn)確度較低的監(jiān)控器將增加所需的系統(tǒng)電壓裕度，并導(dǎo)致系統(tǒng)故障概率的上升。與那些門限規(guī)格較為寬松的監(jiān)控器相比，LTC2930、LTC2931和LTC2932嚴(yán)格的（±1.5%）準(zhǔn)確度指標(biāo)改善了系統(tǒng)的可靠性。

干擾免疫力=無虛假復(fù)位

被監(jiān)視的電源電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是理想和完全平坦的DC信號。“騎”在這些電源電壓信號之上的是那些由諸多信號源（例如：電源的輸出紋波或來自其他信號的耦合）所引發(fā)的高頻分量。如果被監(jiān)視電壓靠近或位于復(fù)位門限電壓，則該噪聲有可能引起虛假復(fù)位。LTC2930、LTC2931和LTC2932在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到了這一潛在問題，因此幾乎乃至根本無需擔(dān)心虛假復(fù)位的發(fā)生。

有些電源監(jiān)視器通過給輸入比較器增加遲滯來克服虛假復(fù)位問題。施加的遲滯大小用跳變門限的百分比來表達(dá)。但這將導(dǎo)致監(jiān)視器準(zhǔn)確度的下降，因?yàn)樘冮T限的真正準(zhǔn)確度現(xiàn)在是附加遲滯與器件宣稱準(zhǔn)確度之和的百分比。LTC2930、LTC2931和LTC2932沒有采用遲滯，而是運(yùn)用了一種集成方案，該方案要求瞬變在擁有了足夠的量級和持續(xù)時(shí)間之后才可對比較器進(jìn)行開關(guān)操作。這可以抑制虛假復(fù)位的發(fā)生，而不會造成監(jiān)視器準(zhǔn)確度的劣化。

圖4示出了針對LTC2931上一個(gè)“噪聲”輸入的COMP5比較器輸出響應(yīng)。在該示例中，一個(gè)以500mV為中心的500kHz、100mVP-P正弦波被加至V5輸入。即使該信號幅度走低至450mV，COMP5仍將保持高電平。接著，輸入的DC電平下降2mV。作為響應(yīng)，COMP5將被拉至低電平，并保持低電平。如前文所述，只有那些具有足夠長的持續(xù)時(shí)間和足夠量級的瞬變才會觸發(fā)比較器輸出被拉至高電平或低電平。

適合各種應(yīng)用需要的可調(diào)復(fù)位超時(shí)周期

三款監(jiān)控器均包括一個(gè)可調(diào)復(fù)位超時(shí)周期tRST。當(dāng)所有輸入都高于其門限值時(shí)，復(fù)位定時(shí)器即被起動（圖5）。在tRST期間，/RST處于低電平，而且，只要瞬變之間的時(shí)間小于復(fù)位超時(shí)周期，/RST都將保持低電平。換句話說，復(fù)位超時(shí)可以防止那些頻率高于1/tRST的電源瞬變在 /RST 輸出上引發(fā)不希望的電平變換。在這些電源瞬變期間把 /RST保持于低電平將抑制虛假復(fù)位的發(fā)生。

復(fù)位超時(shí)周期是可調(diào)的，以適應(yīng)各種微處理器應(yīng)用。通過在CRT引腳和GND之間連接一個(gè)電容器CRT來配置復(fù)位超時(shí)周期tRST。該電容器的數(shù)值由下式確定：

C_{RT}=t_{RST}/2MΩ=500（pF/ms）·t_{RST}

把CRT引腳浮置將產(chǎn)生一個(gè)約25μs的最小復(fù)位超時(shí)。最大復(fù)位超時(shí)受限于最大可用低泄漏電容器。

額外的干擾濾波處理

盡管全部6個(gè)比較器都具有內(nèi)置干擾濾波處理電路，但仍然建議在V1和V2輸入端上增設(shè)旁路電容器，由于增加了兩個(gè)旁路電容器，因此具有較高電壓的那個(gè)輸入將充當(dāng)整個(gè)芯片的VCC。如果需要的話，可以在V3、V4、V5和V6輸入端上增添額外的濾波電容器，以抑制討厭的噪聲。

開路漏極復(fù)位

LTC2930、LTC2931和LTC2932上的 /RST 輸出是開路漏極，并包含至V2電壓的弱上拉電流源。這種開路漏極結(jié)構(gòu)提供了許多優(yōu)點(diǎn)。例如：這些輸出均可以采用一個(gè)上拉電阻器在外部上拉至高于V2的電壓。這便于使用多個(gè)工作于不同I/O電壓的器件。此外，還可以把多個(gè)開路漏極輸出配置成一種“線或”格式（在該格式中，輸出是連接在一起的）。圖6示出了兩個(gè)LTC2930監(jiān)控器，它們的開路漏極 /RST 輸出連接在一起，并利用一個(gè)10k上拉電阻器上拉至5V。如果一個(gè) /RST 輸出由于某個(gè)復(fù)位過程而被拉至低電平，則它將吸收電流，并把另一個(gè)輸出拉至低電平。

比較器輸出提供了單獨(dú)的電源監(jiān)視和排序支持

LTC2931和LTC2932上的實(shí)時(shí)比較器輸出用于指示各個(gè)輸入的狀態(tài)。與/RST 輸出相似，比較器輸出也是開路漏極，并具有至V2電壓的弱上拉電流源。

當(dāng)任何被監(jiān)視電源上發(fā)生欠壓事件時(shí)，/RST 輸出將被拉至低電平，然而，一個(gè)比較器輸出則僅在其配對輸入低于其門限電壓時(shí)才被拉至低電平。在多電壓系統(tǒng)中，監(jiān)視每個(gè)電源狀態(tài)的能力很有用處，這里，重要的是必需弄清具體是哪個(gè)電源發(fā)生了故障。

各個(gè)比較器輸出還提供了電源排序。圖7示出了LTC2932在一個(gè)五電源上電排序器中的應(yīng)用。當(dāng)一個(gè)輸入達(dá)到其門限時(shí)，相應(yīng)的比較器輸出將被拉至高電平，并啟用下一個(gè)DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

LTC2950-1用于提供排序器的按鈕控制。在按鈕被撳按之后，LTC2950-1把LTM4600的RUN引腳拉至高電平。接著，LTM4600將產(chǎn)生一個(gè)5V輸出，4個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器全部由該輸出來供電。

汽車應(yīng)用

LTC2930、LTC2931和LTC2932監(jiān)控器容易使用，并具有寬工作溫度范圍和低電源電流要求，因而使其成為汽車應(yīng)用的理想選擇。圖8示出了一種采用LTC2931和LTC2932的汽車應(yīng)用方框原理圖。它是專為凸顯和利用這些器件除簡單的電壓監(jiān)視以外的諸多特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。電壓監(jiān)視器由LT3010-5 （一款固定5V微功率線性穩(wěn)壓器）來供電。電壓瞬變保護(hù)由LT4356DE-1過壓保護(hù)穩(wěn)壓器和浪涌限幅器來提供。

在典型的汽車電源系統(tǒng)中，“始終保持接通”和“車艙內(nèi)”的電子裝置是有所區(qū)別的?！笆冀K保持接通的”系統(tǒng)包括用于處理汽車安全和防護(hù)的重要電子裝置，顧名思義，這些裝置總是處于接通狀態(tài)?！败嚺搩?nèi)”的電子裝置屬于汽車中所使用的舒適和娛樂設(shè)備。比如：當(dāng)電池電量很低的時(shí)候，車艙內(nèi)的電子裝置將被關(guān)斷，以節(jié)省功率，并將可用功率輸送至重要的通路。

在這種汽車應(yīng)用中，始終保持接通的重要電子裝置電源由LTC3780降壓-升壓型穩(wěn)壓器產(chǎn)生，并由LTC2931來監(jiān)視。LTC3780的瞬變保護(hù)由LT4356DE-1來提供，并能夠在電源電壓低至6V的情況下向負(fù)載輸送滿功率。通過配置使LTC2931監(jiān)視4個(gè)固定電壓和2個(gè)可調(diào)電壓（包括兩個(gè)獨(dú)立的5V電源）。在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)保證了1.5%的電壓監(jiān)視準(zhǔn)確度。此外，每個(gè)電壓監(jiān)視通道都有其自己的比較器輸出，微處理器可利用比較器輸出來確認(rèn)某種故障情況。這些比較器輸出被上拉至用于為兩個(gè)電壓監(jiān)視器件供電的5V總線。LTC2931具有一個(gè)可調(diào)看門狗定時(shí)器，它使得LTC2931能夠報(bào)告系統(tǒng)其余部分某個(gè)微處理器發(fā)生了故障。

輸送至車艙內(nèi)電子裝置的未調(diào)節(jié)電池電壓和電源由LTC2932來監(jiān)視。該應(yīng)用監(jiān)視未調(diào)節(jié)的電池電壓，而且，當(dāng)出現(xiàn)低電池電量條件時(shí)，COMP4輸出將向系統(tǒng)發(fā)送警示信號，從而可使系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)或節(jié)能模式。

LTC2932還提供了一種用于壓倒復(fù)位或故障情況的辦法。這是通過把/RDIS 引腳拉至低電平來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)/RDIS 被拉至低電平時(shí)，/RST輸出被上拉至V2輸入電壓。由于V2與V1相連，因此復(fù)位高電平為5V。/RDIS 功能可使系統(tǒng)在控制電源的過程中擁有靈活性，而不會產(chǎn)生系統(tǒng)故障。此外，LTC2932還實(shí)現(xiàn)了電壓監(jiān)視門限的實(shí)時(shí)設(shè)定。當(dāng)負(fù)載或環(huán)境中的變化導(dǎo)致可預(yù)知的電源偏差時(shí)，這將很有用處。

責(zé)任編輯：gt

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