作者：ADI核心產(chǎn)品事業(yè)部工程師Suryash Rai
可靠的電壓監控器IC，一直是工業(yè)界的行業(yè)需求。因為它可以提高系統可靠性，并在電壓瞬變和電源故障時(shí)提升系統性能。當前，半導體制造商都在不斷提高電壓監控器IC的性能，以尋求突破。
監控器IC需要一個(gè)稱(chēng)為上電復位（VPOR）的最低電壓來(lái)生成明確或可靠的復位信號，而在此最低電源電壓到來(lái)之前，復位信號的狀態(tài)是不確定的。一般來(lái)說(shuō)，將其稱(chēng)之為復位毛刺。
復位引腳主要有兩種不同的拓撲結構，即開(kāi)漏和推挽（圖1）。兩種拓撲結構都使用NMOS作為下拉MOSFET。
圖1、顯示了復位拓撲的開(kāi)漏配置和推挽配置
上電期間，如果電源電壓低于VPOR，就沒(méi)有足夠的電壓能驅動(dòng)內部MOSFET工作，因此MOSFET關(guān)閉。此時(shí)，監控器無(wú)法對復位電壓進(jìn)行控制。復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，內部MOSFET將驅動(dòng)RESET引腳進(jìn)入有效狀態(tài)。
圖2、顯示了復位電壓如何與上拉電壓（VPULLUP）成比例上升，從而導致通常所說(shuō)的復位毛刺。
電壓監控器可用于監控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，FPGA、ASIC或DSP需要處于RESET狀態(tài)，直到所有電源軌穩定。當VDD低于VPOR時(shí)，RESET引腳可能會(huì )出現毛刺，該毛刺可能會(huì )觸發(fā)FPGA的未知狀態(tài)。一旦VDD高于VPOR，內部MOSFET就會(huì )開(kāi)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、顯示了監控器與低供電電壓ASIC/FPGA/DSP的接口
圖4、顯示了帶毛刺復位信號的上電時(shí)序。
隨著(zhù)電子行業(yè)向低壓半導體發(fā)展，模擬芯片制造商也在傳統監控器的基礎上努力實(shí)現無(wú)毛刺監控器。制造商可以通過(guò)改進(jìn)工藝來(lái)降低VPOR，但實(shí)現真正的無(wú)毛刺監控器需要一個(gè)全新的架構。
目前，系統工程師使用帶有傳統監控器的外部電路來(lái)模擬圖5所示的無(wú)毛刺監控功能。添加一個(gè)配置為源極跟隨器的標準JFET可以實(shí)現這一功能，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(huì )在VG和VOUT之間產(chǎn)生大約1V的壓降，從而避免監控器的輸出電壓在內部MOSFET關(guān)斷時(shí)升高，直到監控器的內部MOSFET開(kāi)始正常工作。
圖5、顯示了一個(gè)帶有外部P-JFEF的傳統監控器，可實(shí)現無(wú)毛刺工作。
真正的無(wú)毛刺監控器可以通過(guò)復位吸入電流，即使當VCC為零時(shí)也會(huì )將復位引腳強制拉到接地電位。圖6顯示了一種真正無(wú)毛刺監控器的示例電路。ADI的MAX16161/MAX16162無(wú)需任何外部組件即可實(shí)現無(wú)毛刺工作，小巧且經(jīng)濟。
圖6、MAX16162的應用示意圖和相應的時(shí)序圖
總結：
真正的無(wú)毛刺監控器IC不再只是一個(gè)概念。設計人員現在已擁有了一款可在零電源電壓下產(chǎn)生可靠復位信號的監控器IC，使系統工程師能夠使用該IC來(lái)監控低供電壓（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(cháng)系統電池壽命。
關(guān)于作者
Suryash Rai自2016年以來(lái)一直在Maxim Integrated®（現為ADI公司的一部分）擔任應用工程師，負責支持電壓監控器和電源保護產(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(ài)好烹飪、旅行和交友。 |
