六輸入監(jiān)控器為汽車系統(tǒng)提供準確電源監(jiān)視

引言

凌力爾特公司最新的一組電源監(jiān)控器 (包含三款器件)是6輸入電壓監(jiān)視器，對當今那些需要進行準確電源監(jiān)視的多電壓系統(tǒng)提供了一種理想選擇。LTC2930、LTC2931和LTC2932能夠在?40℃至125℃的溫度范圍內(nèi)保持1.5%的門限準確度。被監(jiān)視電源電壓的組合由單個引腳來設(shè)定。每款器件均提供了16種門限電壓組合，從而滿足了幾乎所有多電壓系統(tǒng)的要求。其具有的可編程性免除了針對不同門限電壓組合來認證、采購和庫存獨特器件的需要。

這三款器件的整體架構(gòu)和操作規(guī)格很相似，但各具一些獨特的特征 (見表1)。LTC2930將在任何欠壓過程之后或當手動復(fù)位輸入 ( /MR ) 被拉至低電平時生成一個復(fù)位信號。由于它采用了緊湊型3mm x 3mm 12引腳DFN封裝，因而適合于空間受限型應(yīng)用。LTC2931包括一個看門狗輸入 (WDI)、一個看門狗輸出 ( /WDO ) 和可以由用戶調(diào)節(jié)的看門狗周期，旨在實現(xiàn)微處理器監(jiān)視和控制。LTC2932能夠改變其監(jiān)視器門限 (從5% 至12.5%)，并由一個復(fù)位停用引腳提供了裕度調(diào)節(jié)能力。LTC2931和LTC2932均采用20引腳TSSOP封裝，并具有分離的比較器輸出，從而實現(xiàn)了單獨的電源監(jiān)視和/或排序。

單引腳配置簡化了設(shè)計
這些監(jiān)控器提供了一種配置輸入電壓門限的上佳方法。圖1顯示出了利用VPG引腳上的單個阻性分壓器來把監(jiān)控器設(shè)定為16種門限選項之一的方法。
實際門限由集成精準分壓器來設(shè)定，用于5V、3.3V、3V、2.5V、1.8V和1.5V電源監(jiān)視。對于其他的電源電壓值，具0.5V門限的獨立比較器允許使用一個阻性分壓器來對幾乎任何正電源進行監(jiān)視，如圖2a所示。V4輸入還采用用于偏移的集成緩沖基準來監(jiān)視負電壓，并提供了相同的1.5%準確度，見圖2b。

門限準確度的含義是什么?
假設(shè)一個具 ±5% 電源容差的5V系統(tǒng)，5V電源可以在4.75V至5.25V之間變化。由該電源供電的系統(tǒng)IC必須在此電壓范圍之內(nèi)(以及略超出該范圍的電壓條件下，正如下文說明的) 可靠地運作。如果一個用于該電源的監(jiān)控器具有完美的準確度，那么它將精確地在4.75V電壓條件下產(chǎn)生一個復(fù)位信號。然而，如此理想的監(jiān)控器并不存在。監(jiān)控器的實際復(fù)位門限會在一個規(guī)定的范圍內(nèi)波動；在整個溫度范圍內(nèi)，LTC2930、LTC2931和LTC2932的復(fù)位門限將在其標稱門限電壓的 ±1.5% 以內(nèi)變化 (圖3)。復(fù)位門限范圍和電源容差范圍兩者不應(yīng)重疊。這可以防止當電源實際上處于其規(guī)定容差范圍之內(nèi)時發(fā)生錯誤或麻煩的復(fù)位。

LTC2930、LTC2931和LTC2932擁有 ±1.5% 的復(fù)位門限準確度，于是，一個"5%"的門限通常被設(shè)定在比標稱輸入電壓低6.5%。因此，對于一個典型值為5V的電源而言，"5%"門限即為4.675V。在整個溫度范圍里，該門限保證處于4.750V至4.600V的電壓范圍之內(nèi)。受電系統(tǒng)必須要能夠在低至門限范圍下限的電壓條件下可靠地運作，否則在正確發(fā)出一個復(fù)位信號之前就時刻存在著發(fā)生故障的危險。

準確度較低的監(jiān)控器將增加所需的系統(tǒng)電壓裕度，并導致系統(tǒng)故障概率的上升。與那些門限規(guī)格較為寬松的監(jiān)控器相比，LTC2930、LTC2931和LTC2932嚴格的 (±1.5%) 準確度指標改善了系統(tǒng)的可靠性。

干擾免疫力=無虛假復(fù)位!
被監(jiān)視的電源電壓遠遠不是理想和完全平坦的DC信號。"騎"在這些電源電壓信號之上的是那些由諸多信號源 (例如：電源的輸出紋波或來自其他信號的耦合) 所引發(fā)的高頻分量。如果被監(jiān)視電壓靠近或位于復(fù)位門限電壓，則該噪聲有可能引起虛假復(fù)位。LTC2930、LTC2931和LTC2932在設(shè)計時充分考慮到了這一潛在問題，因此幾乎乃至根本無需擔心虛假復(fù)位的發(fā)生。

有些電源監(jiān)視器通過給輸入比較器增加遲滯來克服虛假復(fù)位問題。施加的遲滯大小用跳變門限的百分比來表達。但這將導致監(jiān)視器準確度的下降，因為跳變門限的真正準確度現(xiàn)在是附加遲滯與器件宣稱準確度之和的百分比。LTC2930、LTC2931和LTC2932沒有采用遲滯，而是運用了一種集成方案，該方案要求瞬變在擁有了足夠的量級和持續(xù)時間之后才可對比較器進行開關(guān)操作。這可以抑制虛假復(fù)位的發(fā)生，而不會造成監(jiān)視器準確度的劣化。

圖4示出了針對LTC2931上一個"噪聲"輸入的COMP5比較器輸出響應(yīng)。在該示例中，一個以500mV為中心的500kHz、100mVP-P正弦波被加至V5輸入。即使該信號幅度走低至450mV，COMP5仍將保持高電平。接著，輸入的DC電平下降2mV。作為響應(yīng)，COMP5將被拉至低電平，并保持低電平。如前文所述，只有那些具有足夠長的持續(xù)時間和足夠量級的瞬變才會觸發(fā)比較器輸出被拉至高電平或低電平。

適合各種應(yīng)用需要的可調(diào)復(fù)位超時周期
三款監(jiān)控器均包括一個可調(diào)復(fù)位超時周期tRST。當所有輸入都高于其門限值時，復(fù)位定時器即被起動 (圖5)。在tRST期間，/RST處于低電平，而且，只要瞬變之間的時間小于復(fù)位超時周期，/RST都將保持低電平。換句話說，復(fù)位超時可以防止那些頻率高于1/tRST的電源瞬變在 /RST 輸出上引發(fā)不希望的電平變換。在這些電源瞬變期間把 /RST保持于低電平將抑制虛假復(fù)位的發(fā)生。

復(fù)位超時周期是可調(diào)的，以適應(yīng)各種微處理器應(yīng)用。通過在CRT引腳和GND之間連接一個電容器CRT來配置復(fù)位超時周期tRST。該電容器的數(shù)值由下式確定：
C_{RT}=t_{RST}/2MΩ=500(pF/ms)·t_{RST}
把CRT引腳浮置將產(chǎn)生一個約25μs的最小復(fù)位超時。最大復(fù)位超時受限于最大可用低泄漏電容器。

額外的干擾濾波處理
盡管全部6個比較器都具有內(nèi)置干擾濾波處理電路，但仍然建議在V1和V2輸入端上增設(shè)旁路電容器，由于增加了兩個旁路電容器，因此具有較高電壓的那個輸入將充當整個芯片的VCC。如果需要的話，可以在V3、V4、V5和V6輸入端上增添額外的濾波電容器，以抑制討厭的噪聲。
開路漏極復(fù)位

LTC2930、LTC2931和LTC2932上的 /RST 輸出是開路漏極，并包含至V2電壓的弱上拉電流源。這種開路漏極結(jié)構(gòu)提供了許多優(yōu)點。例如：這些輸出均可以采用一個上拉電阻器在外部上拉至高于V2的電壓。這便于使用多個工作于不同I/O電壓的器件。此外，還可以把多個開路漏極輸出配置成一種"線或"格式 (在該格式中，輸出是連接在一起的)。圖6示出了兩個LTC2930監(jiān)控器，它們的開路漏極 /RST 輸出連接在一起，并利用一個10k上拉電阻器上拉至5V。如果一個 /RST 輸出由于某個復(fù)位過程而被拉至低電平，則它將吸收電流，并把另一個輸出拉至低電平。

比較器輸出提供了單獨的電源監(jiān)視和排序支持
LTC2931和LTC2932上的實時比較器輸出用于指示各個輸入的狀態(tài)。與/RST 輸出相似，比較器輸出也是開路漏極，并具有至V2電壓的弱上拉電流源。

當任何被監(jiān)視電源上發(fā)生欠壓事件時，/RST 輸出將被拉至低電平，然而，一個比較器輸出則僅在其配對輸入低于其門限電壓時才被拉至低電平。在多電壓系統(tǒng)中，監(jiān)視每個電源狀態(tài)的能力很有用處，這里，重要的是必需弄清具體是哪個電源發(fā)生了故障。

各個比較器輸出還提供了電源排序。圖7示出了LTC2932在一個五電源上電排序器中的應(yīng)用。當一個輸入達到其門限時，相應(yīng)的比較器輸出將被拉至高電平，并啟用下一個DC/DC轉(zhuǎn)換器。

LTC2950-1用于提供排序器的按鈕控制。在按鈕被撳按之后，LTC2950-1把LTM4600的RUN引腳拉至高電平。接著，LTM4600將產(chǎn)生一個5V輸出，4個DC/DC轉(zhuǎn)換器全部由該輸出來供電。
汽車應(yīng)用

LTC2930、LTC2931和LTC2932監(jiān)控器容易使用，并具有寬工作溫度范圍和低電源電流要求，因而使其成為汽車應(yīng)用的理想選擇。圖8示出了一種采用LTC2931和LTC2932的汽車應(yīng)用方框原理圖。它是專為凸顯和利用這些器件除簡單的電壓監(jiān)視以外的諸多特點而設(shè)計的。電壓監(jiān)視器由LT3010-5 (一款固定5V微功率線性穩(wěn)壓器) 來供電。電壓瞬變保護由LT4356DE-1過壓保護穩(wěn)壓器和浪涌限幅器來提供。

在典型的汽車電源系統(tǒng)中，"始終保持接通"和"車艙內(nèi)"的電子裝置是有所區(qū)別的。"始終保持接通的"系統(tǒng)包括用于處理汽車安全和防護的重要電子裝置，顧名思義，這些裝置總是處于接通狀態(tài)。"車艙內(nèi)"的電子裝置屬于汽車中所使用的舒適和娛樂設(shè)備。比如：當電池電量很低的時候，車艙內(nèi)的電子裝置將被關(guān)斷，以節(jié)省功率，并將可用功率輸送至重要的通路。

在這種汽車應(yīng)用中，始終保持接通的重要電子裝置電源由LTC3780降壓-升壓型穩(wěn)壓器產(chǎn)生，并由LTC2931來監(jiān)視。LTC3780的瞬變保護由LT4356DE-1來提供，并能夠在電源電壓低至6V的情況下向負載輸送滿功率。通過配置使LTC2931監(jiān)視4個固定電壓和2個可調(diào)電壓(包括兩個獨立的5V電源)。在整個工作溫度范圍內(nèi)保證了1.5%的電壓監(jiān)視準確度。此外，每個電壓監(jiān)視通道都有其自己的比較器輸出，微處理器可利用比較器輸出來確認某種故障情況。這些比較器輸出被上拉至用于為兩個電壓監(jiān)視器件供電的5V總線。LTC2931具有一個可調(diào)看門狗定時器，它使得LTC2931能夠報告系統(tǒng)其余部分某個微處理器發(fā)生了故障。

輸送至車艙內(nèi)電子裝置的未調(diào)節(jié)電池電壓和電源由LTC2932來監(jiān)視。該應(yīng)用監(jiān)視未調(diào)節(jié)的電池電壓，而且，當出現(xiàn)低電池電量條件時，COMP4輸出將向系統(tǒng)發(fā)送警示信號，從而可使系統(tǒng)進入待機或節(jié)能模式。

LTC2932還提供了一種用于壓倒復(fù)位或故障情況的辦法。這是通過把/RDIS 引腳拉至低電平來實現(xiàn)的。當/RDIS 被拉至低電平時，/RST輸出被上拉至V2輸入電壓。由于V2與V1相連，因此復(fù)位高電平為5V。/RDIS 功能可使系統(tǒng)在控制電源的過程中擁有靈活性，而不會產(chǎn)生系統(tǒng)故障。此外，LTC2932還實現(xiàn)了電壓監(jiān)視門限的實時設(shè)定。當負載或環(huán)境中的變化導致可預(yù)知的電源偏差時，這將很有用處。