还在为低电压上电时的毛刺苦恼？这颗IC能搞定 (还在为低电压上充电吗)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}有经验的工程师都知道，*最危险的时刻之一是通电的时候。根据时间常数以及电源轨达到标称值的顺利程度和速度，不同的IC和*零件可能会开启、锁定或以不正确的模式开启，因为这些器件试图相互配合工作。面临的更大挑战是，上电时与时序和压摆率相关的IC性能可能是温度、相关电容器、机械应力、老化和其他因素的函数。当工作电压轨下降至较低的个位数值时，就会加剧潜在的问题，从而减少在标称电源轨下工作时的动态余量。所有这些因素都有可能造成开启性能不一致和令人沮丧的调试过程。因此，模拟IC供应商设计出了专用监管IC，以消除上电时的不确定性和不一致性。本文将定义和描述毛刺问题，然后说明如何通过增加AnalogDevices的一些小型专用IC来避免毛刺。什么是毛刺？与诸如“缓冲器”或“可编程”等许多工程术语一样，“毛刺”的具体含义也是视上下文而定的。毛刺可能是：●信号或电源线路上的噪声引起的尖峰●负载瞬态导致的突发性电源轨短暂下降●由于栅极驱动器的导通/关断时间不同，电桥中的上、下MOSFET意外同时导通时的微秒级时间段（这种情况非常糟糕）●由于时序容差和组件之间的差异造成的瞬间不确定信号和竞争情况本文将探讨在接通电源、集成电路过渡到正常工作状态的“上电”期间可能出现的毛刺，特别是在低电压*中。此类上电毛刺特别令人头疼，因为它们可能导难以调试的间歇性问题，而且这些问题又没有明显的关联性或一致性。由于毛刺诱发条件往往是“在边缘”，它们的发生可能随温度、电源线容差（虽然仍在规格范围内）、同一设备批次中个别元件的变化以及其他难以确定的因素而发生变化。什么是毛刺，来源于何处？我们来考虑具有微*和相关监控/保护复位IC的*，后者的作用简单而集中：在上电、掉电和断电情况下保持*可靠运行（图1）。

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图1：要了解毛刺来源，首先需要了解简单的典型微*及其相关监控/保护复位IC的布局，这两者都由电池及各自的稳压器供电。（图片来源：AnalogDevices）在典型的电池供电型应用中，DC-DC转换器由小型低压电池产生电源轨。监控IC一般置于DC-DC转换器和微*之间，用于监测电源电压并启用或禁用微*。监控IC通过准确监测*电源，然后断言微*的使能输入或取消其断言，以确保运行可靠。微*的启用和禁用是通过监控IC的复位输出引脚管理的。该引脚通常是开漏引脚，与一个kΩ上拉电阻器相连接。该监控IC可监控电源电压并在输入电压低于复位阈值时发出复位信号。在受监控电压升高至其标称电压值的阈值后，复位输出在复位超时周期内保持有效，然后解除。这样，目标微*就可摆脱复位状态并开始工作。但是，在监控IC开启并将复位线路拉低之前，复位线路会发生什么？我们仔细观察典型的上电顺序就能找到答案（图2）。当电源轨VCC开始上电时，微*和监管IC都处于断开状态。因此，复位线路处于浮动状态，kΩ上拉电阻使其电压*VCC。

图2：在典型上电序列中，复位线路处于浮动状态，所以其电压可*电源轨VCC的上升情况。（图片来源：AnalogDevices）这种电压上升可能在0.5V至0.9V之间，且有可能造成*不稳定。只要监控IC启动，复位线路就被下拉，从而防止微*意外启动。这种毛刺是所有前几代监控IC的共性问题。低电压*将该问题放大随着在越来越低的电压下工作的低功耗设备日趋增多，这种毛刺也就变成了主要问题。我们来考虑具有3.3V、2.5V和1.8V三个逻辑电平的*（图3）。对于3.3V*，输出低压阈值(Vol)和输入低压阈值(Vil)在0.4V和0.8V之间。如果在0.9V时出现毛刺，将有可能由于开启和关闭*作导致处理器变得不稳定。

图3：逻辑电平从3.3V降至1.8V，相关的电压阈值也是如此。（图片来源：AnalogDevices）标称1.8V*的情况更为敏感。现在，Vol和Vil要低得多，分别为0.V和0.V。在这个*中，0.9V毛刺代表了更大的百分比，使其有更大的潜在错误。毛刺影响了*运行时，这种情况将如何发展？我们来考虑一下电源电压VDD缓慢上升到0.9V，并在该值处保持一小段时间（图4）。虽然这个电压不足以开启监控IC，但仍可能开启微*，并使其在不稳定状态下运行。由于在0.9V时处于不确定状态，所以微*RESET输入会将毛刺解释为逻辑1或0，从而错误地将其启用或禁用。

图4：当电源电压VDD上升至0.9V并保持时，微*可能会不稳定地开启和关断。（图片来源：AnalogDevices）这将导致微*只执行部分指令或不能完整地写入存储器，这仅仅是可能发生的两种情况，但可能导致*故障和出现灾难性后果。解决毛刺问题克服这个问题并不需要恢复到更高的电压轨，也不需要采用复杂的*级架构来消除毛刺或将其影响降到最低。相反，我们需要新一代监控IC，无论在上电或断电条件下的电压水平如何，都可以识别问题的独特方面并防止出现毛刺。实现这一目的需要采用专有的电路和IC，如MAX，这是一款具有*刺上电功能的毫微功耗电源*。有了这款采用四凸点WLP和四引脚SOT封装的小型IC，只要VDD低于阈值电压，复位输出就会保持低电平，从而防止复位线路上出现电压毛刺。一旦达到电压阈值并且延迟时间结束，复位输出就取消断言并启用微*（图5）。

图5：只要VDD低于阈值电压，MAX就会保持复位输出为低电平，以防复位线路上出现电压毛刺。（图片来源：AnalogDevices）不同于传统监控IC在VCC非常低时无法控制复位输出状态，MAX的复位输出保证在达到有效的VCC水平之前一直保持断言状态。MAX是MAX的*，规格几乎相同，但存在一个功能差异且前者对一些引脚布局进行了重新定义（图6）。该器件配备了手动复位(MR)输入，会在接收到适当的输入信号时发出复位信号。根据具体选择，该信号可以是低电平有效或高电平有效信号。相比之下，MAX没有MR输入，而是配备*的VCC和VIN的引脚，允许阈值电压低至0.6V。

图6：MAX和MAX类似，但在功能和引脚方面有个小区别：MAX配备MR输入，会在收到适当的输入信号时，发出复位信号，而MAX则有单独的VCC和VIN引脚。（图片来源：AnalogDevices）定序器与*之对比另一对存在一些重叠和歧义的术语是定序器和*。*用来监控单个电源电压，并在规定条件下断言复位/释放复位。与此相反，定序器用来协调两个或多个电源轨之间的相对复位和“电源良好”断言。MAX和MAX可用作简单的电源定序器（图7）。在第一个稳压器的输出电压变为有效后，MAX/MAX会*一个延迟，并在复位超期后为第二个稳压器生成使能信号。由于MAX/MAX在电源电压变为正确值之前永远不会取消复位，因此受控电源永远不会被错误地启用。

图7：可以对使用MAX的电路进行配置，这样该器件不仅可以确保*刺上电，还可以管理两个电源轨之间的电源轨定序。（图片来源：AnalogDevices）也有许多设计具有多电源轨和更复杂的定序要求。此时，AnalogDevices的LTC多通道电源定序器和*便是一种解决方案（图8）。

图8：LTC电源定序器管理四个*电源轨之间的上电和掉电顺序，并使用户能够控制关键参数。（图片来源：AnalogDevices）采用这款四通道级联电源定序器和高精度*，设计者只需几个外部元件就能配置电源管理定序阈值、顺序和时间。该器件能够确保电源轨按所需的顺序启用。除了开机定序外，该器件还可以管理互补的、通常同样关键的断电定序。定序输出用于控制电源使能引脚或N沟道传输门。其他监控功能包括欠压和过压监测及报告，以及生成微处理器复位。报告故障的类型和来源，用于进行诊断。提供单个通道控制功能，以便*执行使能输出和监控功能。对于具有四个以上电源轨的*，可很容易地连接多个LTC，为无限个电源定序。结语每个应用中都有毛刺，但到目前为止这些毛刺还没有对占主导地位的高电压应用带来严重问题。现在，电源电压正在走低，*开启可靠性会由于0.9V电压毛刺而会降低。如图所示，设计者可以利用较新的监管IC来提高可靠性。这种IC实现了*刺运行，为低功耗/低电压应用提供最大限度的*保护。来源：BillSchweber，DigiKey