最近有人問我，什么樣的應(yīng)用需要電壓監(jiān)控器？一個愚蠢的問題。所有應(yīng)用程序都需要主管。當(dāng)然，任何帶有處理器的設(shè)計——幾乎是所有設(shè)計。當(dāng)其電源低于規(guī)格時，該處理器可能會開始表現(xiàn)得很奇怪。所有工程師都厭惡這可能導(dǎo)致的災(zāi)難性設(shè)計失敗，在某些情況下，這可能是一個嚴(yán)重的安全問題。

即使設(shè)計沒有 MCU，EE 也不希望他們的電路在其電源下垂但沒有消失時陷入愚蠢的狀態(tài)。想想看，我們?nèi)祟悜?yīng)該有一個電壓監(jiān)控器。

這些設(shè)備有許多不同的功能值得研究。Mouser 列出了 15，789 個“監(jiān)控電路”，Avnet 在其目錄中提供了 16，904 個。但不要害怕，這些數(shù)字被同一個基本設(shè)備的許多版本大大夸大了。有一些重要的變化需要考慮。

那么，我們尋找什么規(guī)格？

要考慮的第一個規(guī)范可能是通道數(shù)。對于許多便攜式或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計而言，單個電源只需要一個通道。另一方面，有12個通道的單芯片。甚至還有監(jiān)控 32 個電源軌的設(shè)備——我真的無法想象用于什么應(yīng)用。這些多通道 IC 中的一些具有單個復(fù)位輸出，而一些具有每個通道的輸出。

如果設(shè)計有兩個電源軌，最好使用兩個單通道設(shè)備。它們價格便宜、體積極小，并且可以大大簡化 PCB 布局，這也可以最大限度地減少長走線的噪聲拾取。另一方面，如果電源電路在布局中彼此相鄰，則雙、三或四監(jiān)控器將是最有效的。

最明顯的規(guī)格是復(fù)位電壓或閾值。這是由標(biāo)稱電源電壓減去電源容差（通常為 5% 或 10%）加上監(jiān)控器容差和一個小的保護(hù)帶決定的。因此，一個 3.3V 電源下降到其 5% 的容差將是 3.135V。如果監(jiān)控器的準(zhǔn)確度為 ±1%，我們會將其添加進(jìn)去，然后放入 1% 的保護(hù)帶。然后復(fù)位為 3.07V 標(biāo)稱值。測試以確保設(shè)計中的每個設(shè)備在此低電壓下都能正常工作，這一點很重要。

監(jiān)控器可提供低至 0.4V 的閾值電壓。在這些低電壓下，必須特別小心避免耦合噪聲問題。噪聲可以從相鄰的變壓器或射頻電路或外部源耦合到 PCB 走線。下面的視頻“電壓監(jiān)控 IC 中的高頻噪聲抑制”展示了監(jiān)控 IC 如何促進(jìn)安全可靠的系統(tǒng)運行。

許多監(jiān)控器是出廠設(shè)置的，并通過部件號后綴提供大量跳閘閾值電壓。例如，單通道MAX16140提供從 1.70V 到 3.25V 的 32 種選擇。一些監(jiān)督者是可調(diào)整或可調(diào)整的。設(shè)定點精度是一個關(guān)鍵規(guī)格。MAX16140 在室溫下具有 ±1% 的精度，在 -40° 至 125°C 范圍內(nèi)具有 ±1.5% 的精度。有些設(shè)備的性能差到 3.5%。

需要考慮的操作特性

對于所有這些器件，一般來說，當(dāng)監(jiān)控器輸入上的監(jiān)控電壓低于工廠調(diào)整的閾值時，就會觸發(fā)復(fù)位輸出。在輸入電壓返回到閾值以上后，復(fù)位將維持一段可指定的最小超時時間。此延遲超時通常約為 200 毫秒，但范圍可以從 5 微秒到 2 秒或更長。由于故障條件和系統(tǒng)上電期間，將發(fā)生此超時。

例如，單通道 MAX16140（圖 1）具有從 217μs 到 2，000ms 的 8 個值的超時延遲周期部件號選項。該芯片采用微型 0.78mm x 0.78mm x 0.5mm、4 凸點 WLP 封裝。這種特殊設(shè)備的一大優(yōu)勢是其極低的電源電流，這使得它非常適合電池供電的設(shè)計。標(biāo)稱電源電流僅為 370na。它還具有去抖復(fù)位按鈕輸入，可設(shè)置為低電平有效或高電平有效或邊沿觸發(fā)。

大多數(shù)監(jiān)管者都有輸出類型的選擇。我更喜歡高電平有效、開漏輸出，它將連接到 MCU 復(fù)位輸入上的上拉電阻。可以在許多監(jiān)控器 IC 中選擇推挽式或開漏輸出配置。

額外的監(jiān)管選項

另一個示例 IC 是MAX16134三重窗口電壓監(jiān)控器，可監(jiān)視欠壓和過壓情況（圖 2）。它具有三個獨立的集電極開路輸出，并在整個溫度范圍內(nèi)具有 ±1% 的閾值精度。該芯片的 SOT23-8 封裝占用空間小，可提供 17 種三種受監(jiān)控電源電壓的組合。

圖 2. MAX16132/33/34/35 電壓監(jiān)控器的簡化框圖。

其中許多 IC 提供硬件看門狗定時器，通常由 MCU 的一個輸出位控制。一個很好的例子是MAX16155。這款單通道 IC 提供看門狗和超低功耗，典型值僅為 400na（在 -40oC 至 125oC 時最大為 900na），工作電源范圍為 1.2V 至 5.5V。它還有一個邏輯輸入，可以禁用看門狗功能。IC 的閾值精度為 ±2.5%。

一些應(yīng)用需要外部 RAM 的電池備份支持，以便在發(fā)生掉電時，在 MCU 復(fù)位時 RAM 數(shù)據(jù)受到保護(hù)。一個例子是MAX6364（圖 3）。當(dāng) V CC低于復(fù)位閾值并在 V CC升至高于 V TH后至少 150ms時，芯片的復(fù)位輸出變?yōu)楦唠娖健６遥?dāng) V CC低于復(fù)位閾值時，BATT in 連接到 OUT 為存儲器供電——只要 VBATT 至少比 V CC大 20mV 。OUT電流可以連續(xù)20ma。

圖 3. 帶備用電池的低功耗監(jiān)控電路。

更復(fù)雜的處理器/MCU，以及那些具有 Wi-Fi/網(wǎng)絡(luò)的，通常需要在上電時對電源軌進(jìn)行精確排序。您可以使用具有獨立開漏輸出和推挽復(fù)位輸出的MAX16042三重排序/監(jiān)控芯片等 IC 輕松做到這一點。它將在加電期間啟用一個接一個的電源，并具有時間延遲，并禁用所有電源（如果有任何低于其閾值）。功率控制可以通過 DC/DC 轉(zhuǎn)換器上的使能引腳或與三個電源中的兩個串聯(lián)的功率 MOSFET 來完成。

審核編輯：郭婷