我的電源正常嗎？我的微處理器怎么辦？如果出現(xiàn)問(wèn)題怎么辦？仿真顯示了如果直流電壓下降會(huì)發(fā)生什么。

當(dāng)微處理器的電源無(wú)法提供預(yù)期電壓時(shí)，微處理器可能會(huì)以不良方式運(yùn)行?？赡軙?huì)發(fā)生錯(cuò)誤，電路可能會(huì)意外復(fù)位，甚至出現(xiàn)故障。為了防止此類問(wèn)題，許多設(shè)備使用電源監(jiān)控 IC 將事物設(shè)置為已知狀態(tài)。以下模擬顯示了可能發(fā)生的情況以及如何防止它們。

圖 1.這是眾多可用的 POR 器件之一。（圖片來(lái)源：ADI公司）

許多公司，如ADI公司、德州儀器（TI）、ONSemi、恩智浦和Diodes Inc.，都生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)備。最近，ADI公司的電源監(jiān)控IC產(chǎn)品發(fā)布出現(xiàn)在我的辦公桌上。其目的是檢測(cè)低于某個(gè)跳閘點(diǎn)的電源電壓。電源電壓過(guò)低可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)以不可預(yù)測(cè)的方式運(yùn)行（盡管可能是非破壞性的）。例如，如果微處理器的主電源電壓（μP）下降一點(diǎn)，處理器可能會(huì)丟失并停止程序執(zhí)行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，添加了一個(gè)監(jiān)控IC，該IC斷言連接到μP（RESET）的邏輯低上電復(fù)位（POR）信號(hào)。見(jiàn)圖1。這將停止程序執(zhí)行并從已知良好的狀態(tài)重新啟動(dòng)程序。

但讓我們仔細(xì)考慮一下。如果電源電壓下降得更多怎么辦？監(jiān)控 POR IC 在什么時(shí)候（隨著電源電壓下降）停止正常工作？它是否停止正常工作？如果 POR IC 有一個(gè)漏極開(kāi)路，該漏極變?yōu)榈碗娖揭詳嘌?POR 條件，則如果 POR IC 失去自身輸出，該輸出是否保持低電平VCC? 是否可以想象μP可以在低于POR IC停止工作位置的電源電壓下工作？因?yàn)槿绻皇?，那么監(jiān)控IC需要自己的電源，并且該電源必須始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。您可能希望考慮使用帶備用電池的電源。

圖2.LTC2934-1電壓監(jiān)控器IC具有檢測(cè)兩個(gè)獨(dú)立電壓電平和產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立漏極開(kāi)路控制信號(hào)的功能。（圖片來(lái)源：ADI公司）

為了研究這可能如何發(fā)揮作用，我對(duì)LTC2934-1進(jìn)行了LTSpice仿真。圖2顯示了器件內(nèi)部功能塊的簡(jiǎn)化原理圖。它有兩個(gè)比較器，可以檢測(cè)兩個(gè)獨(dú)立的電壓跳閘點(diǎn)。下面的一個(gè)產(chǎn)生反相電源故障輸出（PFO）控制信號(hào)，上面的一個(gè)在輕微的時(shí)間延遲后產(chǎn)生一個(gè)反相復(fù)位（RST）信號(hào)。在LTC2934-1版本中，輸出是漏極開(kāi)路而不是有源上拉，因此您需要添加自己的上拉電阻。這兩個(gè)輸出可用于強(qiáng)制器件以受控方式復(fù)位。

圖 3.該LTC2934根據(jù)電源電壓電平控制系統(tǒng)。（圖片來(lái)源：ADI公司）

圖3顯示了連接到基于邏輯的通用系統(tǒng)（如微處理器）的器件。

為了簡(jiǎn)化我的模擬，我使用較低的比較器生成 PFO 信號(hào)。span style=“text-decoration： overline;”>RST信號(hào)通過(guò)將ADJ輸入直接連接到VCC.我在電源故障輸入中添加了一個(gè)延遲電路（R3 和 C1），但安排了VCC在模擬開(kāi)始時(shí)打開(kāi)。這樣，我可以看到 span style=“text-decoration： overline;”>PFO 在正常作條件下有效。仿真電路如圖4所示。Spice 模擬假定所有內(nèi)容都從 t = 0.0 秒開(kāi)始。請(qǐng)注意，R1 和 R2 足夠大，它們對(duì) R3 施加的負(fù)載可以忽略不計(jì)。

圖4.在該電路中，LTC2934-1被配置為一個(gè)簡(jiǎn)單的上升電壓檢測(cè)器。（圖片來(lái)源：ADI公司）

哪里：

• VC= 電容器開(kāi)始充電后指定時(shí)間的電容器電壓;

• VS= 電容器充電的電源電壓（在本例中為 10 V）;

• e = 歐拉常數(shù)，又稱自然對(duì)數(shù)中使用的底數(shù)，約為 2.71828;

• t = 正在考慮的電路通電后的時(shí)間（假設(shè)電容器放電，然后在 t = 0 秒時(shí)電路導(dǎo)通）;

• τ = RC 時(shí)間常數(shù)（在本例中為 100 毫秒）。

如果將經(jīng)過(guò)的時(shí)間恰好是一個(gè)時(shí)間常數(shù)，則 e 上升到的指數(shù)只是 -1。如果你求解VS那VC電荷，您將得到公式 2a 到 2d 中所示的內(nèi)容：

為了找出 C1 上的電壓達(dá)到特定值（以伏特為單位）需要多長(zhǎng)時(shí)間（以秒為單位），我們可以對(duì)等式 1 進(jìn)行一些代數(shù)作，類似于等式 2 中的上述步驟，如等式 3a 到 3d 所示：

從每邊減去 1，將兩邊乘以 –1，然后重新排列：

然后取每邊的自然對(duì)數(shù)，交換左右兩邊，我們得到：

我們想找出時(shí)間 t，因此我們將每邊乘以時(shí)間常數(shù) τ，我們得到：

為了使C1或R2頂部的電壓達(dá)到0.42 V，我們可以代入公式3d中的已知值，如公式4a至4d所示：

我模擬了圖 4 中的電路，得到了圖 5 所示的結(jié)果。我用藍(lán)色箭頭標(biāo)記了 PFO 的波形，因?yàn)樗б豢床皇翘貏e明顯，紅色箭頭顯示了 C1 上的上升電壓。這種模擬與我的計(jì)算值非常接近，讓我對(duì)我的模擬準(zhǔn)確描述現(xiàn)實(shí)的能力充滿信心。

圖 5.LTC2934-1 仿真顯示 PFO 節(jié)點(diǎn)按預(yù)期在 4.8 毫秒左右捕捉 HI。

現(xiàn)在，如果VCC因?yàn)長(zhǎng)TC2934與我們要監(jiān)控的電壓同時(shí)上升？換句話說(shuō)，如果我將電路更改為圖 6 所示，以便電源和監(jiān)控的電壓同時(shí)上升，會(huì)發(fā)生什么？

圖6.LTC2934-1 與以前一樣被配置為簡(jiǎn)單的上升電壓檢測(cè)器，但有一個(gè)重要的變化。（圖片來(lái)源：ADI公司）

我們將在第 2 部分中找到答案。

您是否使用過(guò)電源監(jiān)控 IC？在評(píng)論中告訴我們您的經(jīng)歷。你的設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了哪些驚喜？