无毛刺电压监控器IC——是概念还是现实?

2022-12-02 21:18:13 来源:ADI核心产品事业部工程师Suryash Rai

可靠的电压监控器IC,一直是工业界的行业需求因为它可以提高系统可靠性,并在电压瞬变和电源故障时提升系统性能。当前,半导体制造商在不断提高电压监控器IC的性能,以寻求突破

 

监控器IC需要一个称为上电复位(VPOR)的最低电压来生成明确或可靠的复位信号,而在最低电源电压到来之前,复位信号的状态是不确定的。一般来说,将其称之为复位毛刺。

 

复位引脚主要有两种不同的拓扑结构,即开漏和推挽(图1)。两种拓扑结构都使用NMOS作为下拉MOSFET

 

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1显示了复位拓扑的开漏配置和推挽配置

 

上电期间,如果电源电压低于VPOR,就没有足够的电压能驱动内部MOSFET工作,因此MOSFET关闭。此时,监控器无法对复位电压进行控制。复位电压将与上拉电压(VPULLUP)成比例上升。而一旦电源电压高于VPOR,内部MOSFET将驱动RESET引脚进入有效状态。

 

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2、显示了复位电压如何与上拉电压(VPULLUP)成比例上升,从而导致通常所说的复位毛刺。

 

电压监控器可用于监控FPGAASICDSP的低电源轨,其电压可低至1V。在低供电电压处理器中,I/O的逻辑电平非常敏感,其VIH可低至0.5V,如图3所示。

 

上电期间,FPGAASICDSP需要处于RESET状态,直到所有电源轨稳定。当VDD低于VPOR时,RESET引脚可能会出现毛刺,该毛刺可能会触发FPGA的未知状态。一旦VDD高于VPOR,内部MOSFET就会开启并将RESET连接到GND,并使RESET引脚输出正确的逻辑低电平。

 

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3、显示了监控器与低供电电压ASIC/FPGA/DSP的接口

 

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4、显示了带毛刺复位信号的上电时序。

 

随着电子行业向低压半导体发展,模拟芯片制造商也在传统监控器的基础上努力实现无毛刺监控器。制造商可以通过改进工艺来降低VPOR,但实现真正的无毛刺监控器需要一个全新的架构。

 

目前,系统工程师使用带有传统监控器的外部电路来模拟图5所示的无毛刺监控功能。添加一个配置为源极跟随器的标准JFET可以实现这一功能,源极的电压将取决于栅极电压VGJFET阈值电压的差。JFET阈值电压会在VGVOUT之间产生大约1V的压降,从而避免监控器的输出电压在内部MOSFET关断时升高,直到监控器的内部MOSFET开始正常工作。

 

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5、显示了一个带有外部P-JFEF的传统监控器,可实现无毛刺工作。

 

真正的无毛刺监控器可以通过复位吸入电流,即使当VCC为零时也会将复位引脚强制拉到接地电位。图6显示了一种真正无毛刺监控器的示例电路。ADIMAX16161/MAX16162无需任何外部组件即可实现无毛刺工作,小巧且经济。

 

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6MAX16162的应用示意图和相应的时序图

 

总结:

真正的无毛刺监控器IC不再只是一个概念。设计人员现在拥有一款在零电源电压下产生可靠复位信号的监控器IC,使系统工程师能够使用该IC来监控低供电压(低于1V)的电子器件。而且MAX16161/MAX16162为微型nanoPower IC,静态电流仅为825nA,有助于延长系统电池寿命。

 

 

 

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关于ADI公司

Analog Devices, Inc.(NASDAQ: ADI)在现代数字经济的中心发挥重要作用,凭借其种类丰富的模拟与混合信号、电源管理、RF、数字与传感技术,将现实世界的现象转化成有行动意义的洞察。ADI服务于全球12.5万家客户,在工业、通信、汽车与消费市场提供超过7.5万种产品。ADI公司总部位于马萨诸塞州威明顿市。

 

关于作者

Suryash Rai2016年以来一直在Maxim Integrated®(现为ADI公司的一部分)担任应用工程师,负责支持电压监控器和电源保护产品。他拥有卡纳塔克邦国家技术学院的通信工程硕士学位。Suryash目前居住在班加罗尔,爱好烹饪、旅行和交友。


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