电源监控器检查电路：第 1 部分
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我的电源正常吗？我的微处理器怎么办？如果出现问题怎么办？仿真显示了如果直流电压下降会发生什么？
当微处理器的电源无法提供预期电压时，微处理器可能会以不良方式运行。可能会发生错误，电路可能会意外复位，甚至出现故障。为了防止此类问题，许多设备使用电源监控 IC 将事物设置为已知状态。以下模拟显示了可能发生的情况以及如何防止它们。
图 1.这是众多可用的 POR 器件之一。（图片来源：ADI公司）
许多公司，如ADI公司、德州仪器（TI）、ONSemi、恩智浦和Diodes Inc.，都生产监控设备。最近，ADI公司的电源监控IC产品发布出现在我的办公桌上。其目的是检测低于某个跳闸点的电源电压。电源电压过低可能会导致系统以不可预测的方式运行（尽管可能是非破坏性的）。例如，如果微处理器的主电源电压（μP）下降一点，处理器可能会丢失并停止程序执行。为了解决这个问题，添加了一个监控IC，该IC断言连接到μP（RESET）的逻辑低上电复位（POR）信号。见图1。这将停止程序执行并从已知良好的状态重新启动程序。
但让我们仔细考虑一下。如果电源电压下降得更多怎么办？监控 POR IC 在什么时候（随着电源电压下降）停止正常工作？它是否停止正常工作？如果 POR IC 有一个漏极开路，该漏极变为低电平以断言 POR 条件，则如果 POR IC 失去自身输出，该输出是否保持低电平VCC? 是否可以想象μP可以在低于POR IC停止工作位置的电源电压下工作？因为如果不是，那么监控IC需要自己的电源，并且该电源必须始终处于导通状态。您可能希望考虑使用带备用电池的电源。
图2.LTC2934-1电压监控器IC具有检测两个独立电压电平和产生两个独立漏极开路控制信号的功能。（图片来源：ADI公司）
为了研究这可能如何发挥作用，我对LTC2934-1进行了LTSpice仿真。图2显示了器件内部功能块的简化原理图。它有两个比较器，可以检测两个独立的电压跳闸点。下面的一个产生反相电源故障输出（PFO）控制信号，上面的一个在轻微的时间延迟后产生一个反相复位（RST）信号。在LTC2934-1版本中，输出是漏极开路而不是有源上拉，因此您需要添加自己的上拉电阻。这两个输出可用于强制器件以受控方式复位。
图 3.该LTC2934根据电源电压电平控制系统。（图片来源：ADI公司）
图3显示了连接到基于逻辑的通用系统（如微处理器）的器件。
为了简化我的模拟，我使用较低的比较器生成 PFO 信号。span style=“text-decoration： overline;”>RST信号通过将ADJ输入直接连接到VCC.我在电源故障输入中添加了一个延迟电路（R3 和 C1），但安排了VCC在模拟开始时打开。这样，我可以看到 span style=“text-decoration： overline;”>PFO 在正常作条件下有效。仿真电路如图4所示。Spice 模拟假定所有内容都从 t = 0.0 秒开始。请注意，R1 和 R2 足够大，它们对 R3 施加的负载可以忽略不计。
图4.在该电路中，LTC2934-1被配置为一个简单的上升电压检测器。（图片来源：ADI公司）
其中：
VC= 电容器开始充电后指定时间的电容器电压;
VS= 电容器充电的电源电压（在本例中为 10 V）;
e = 欧拉常数，又称自然对数中使用的底数，约为 2.71828;
t = 正在考虑的电路通电后的时间（假设电容器放电，然后在 t = 0 秒时电路导通）;
τ = RC 时间常数（在本例中为 100 毫秒）。
如果将经过的时间恰好是一个时间常数，则 e 上升到的指数只是 -1。如果你求解VS、VC电荷，您将得到公式 2a 到 2d 中所示的内容：
为了找出 C1 上的电压达到特定值（以伏特为单位）需要多长时间（以秒为单位），我们可以对等式 1 进行一些代数作，类似于等式 2 中的上述步骤，如等式 3a 到 3d 所示：
从每边减去 1，将两边乘以 –1，然后重新排列：
然后取每边的自然对数，交换左右两边，我们得到：
我们想找出时间 t，因此我们将每边乘以时间常数 τ，我们得到：
为了使C1或R2顶部的电压达到0.42 V，我们可以代入公式3d中的已知值，如公式4a至4d所示：
我模拟了图 4 中的电路，得到了图 5 所示的结果。我用蓝色箭头标记了 PFO 的波形，因为它乍一看不是特别明显，红色箭头显示了 C1 上的上升电压。这种模拟与我的计算值非常接近，让我对我的模拟准确描述现实的能力充满信心。
图 5.LTC2934-1 仿真显示 PFO 节点按预期在 4.8 毫秒左右捕捉 HI。
现在，如果VCC因为LTC2934与我们要监控的电压同时上升？换句话说，如果我将电路更改为图 6 所示，以便电源和监控的电压同时上升，会发生什么？
图6.LTC2934-1 与以前一样被配置为简单的上升电压检测器，但有一个重要的变化。（图片来源：ADI公司）
我们将在第 2 部分中找到答案。
您是否使用过电源监控 IC？在评论中告诉我们您的经历。你的设计中出现了哪些惊喜？
（本文登于《EEPW》202510期）
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