電壓監(jiān)控器的重要性和輸出拓?fù)溥x擇

1.前言

考慮到系統(tǒng)可能具有的可變負(fù)載量，電源并不總是干凈的，并且可能會在其典型輸出值附近反彈。通過電源的這種反彈，稱為電壓監(jiān)控器的設(shè)備可以提供針對意外浪涌或電源下降的保護，并提高電子設(shè)備的效率。這使得電壓監(jiān)控器成為任何電子應(yīng)用中的必要條件。

市場上可用的電壓監(jiān)控器產(chǎn)品通過閾值選擇、多通道監(jiān)控選項、檢測精度、輸出配置、固定或可調(diào)延遲和看門狗功能等特性而與眾不同。在這篇文章中，我將重點介紹不同的輸出配置，并回顧在使用這些輸出拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計時應(yīng)考慮的事項。

2.輸出配置

將監(jiān)控器視為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它檢測電源電壓（模擬）并提供一個標(biāo)志（RESET 或 SENSEOUT 引腳），這是一個數(shù)字信號。數(shù)字信號輸出可以采用開漏或推挽拓?fù)洹?/p>

3.開漏輸出拓?fù)?/b>

以下是使用開漏輸出拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計時需要考慮的一些事項：

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開漏輸出提供了靈活性，因為它們可以上拉至任何電壓（在絕對最大值內(nèi)）以符合負(fù)載邏輯，而不是將輸出上拉至監(jiān)控器的電源電壓或檢測電壓。上拉電阻可適當(dāng)限制電流并保持低電平輸出電壓 (VOL) 和高電平輸出電壓 (VOH) 規(guī)范。

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可以通過單個上拉電阻將多個開漏輸出連接在一起。開漏輸出還可以上拉至符合負(fù)載邏輯的任何電壓，從而為設(shè)計人員提供了靈活性。

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上拉電阻不能太低，以免流經(jīng)開漏的電流損壞監(jiān)控器。當(dāng)內(nèi)部 n 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體 (NMOS)（圖 1）開啟時，來自上拉電阻的電流將通過 NMOS 并被拉至地。我們應(yīng)該根據(jù)兩個標(biāo)準(zhǔn)選擇上拉電阻。第一個標(biāo)準(zhǔn)是監(jiān)控器推薦的最大復(fù)位或檢測電流，稱為 IRESET 或 ISENSE，在數(shù)據(jù)表中指定。如果接地的電流高于 IRESET，則監(jiān)控器的內(nèi)部 NMOS 可能會損壞。第二個標(biāo)準(zhǔn)基于電壓監(jiān)控器輸出連接到的負(fù)載的 VOL 要求。由于復(fù)位/檢測電流的增加，較低的上拉電阻也會導(dǎo)致較高的 VOL。

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上拉電阻不能太高，以免高溫下通過開漏電阻的漏電流超出數(shù)據(jù)表中的 VOH 規(guī)格。通過增加上拉電阻，VOH 由于較小的復(fù)位或感測電流而降低，從而導(dǎo)致內(nèi)部金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 上的電壓降較小。

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輸出上升時間由上拉電阻和輸出板寄生電容決定。要獲得更快的上升時間，請使用較小的上拉電阻。

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監(jiān)控器的靜態(tài)電流 (Iq) 不包括通過上拉電阻的電流。如果上拉電壓從電源中拉出，總系統(tǒng) Iq 將增加，因為電源電流也將通過上拉電阻。如果上拉電壓連接到另一個電源，系統(tǒng) Iq 將等于數(shù)據(jù)表中的監(jiān)控器 Iq。由于上拉電壓可以連接到不同的電源，因此監(jiān)控器的 Iq 規(guī)范沒有考慮使用公共電源產(chǎn)生的額外輸出電流。

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開漏輸出配置需要一個額外的組件，一個上拉電阻，從輸出連接到電源。如果沒有上拉電阻，當(dāng)內(nèi)部 NMOS 關(guān)閉時，輸出是不確定的，因為將沒有可拉動的電源。

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開漏輸出可以隨輸出上拉電源而變化，任何瞬態(tài)耦合都取決于所使用的上拉電阻。較高的上拉電阻可以最大限度地減少來自輸出上拉電源的瞬變影響。

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圖 1：開漏輸出使用內(nèi)部 N-MOSFET

4.推挽拓?fù)?/b>

以下是使用推挽輸出拓?fù)溥M(jìn)行設(shè)計時需要考慮的一些事項：

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推挽配置的輸出在監(jiān)控器的電源電壓和地之間切換，無需外部上拉電阻。請注意圖 2 中的輸出如何不使用圖 1 中的電阻器，以及圖 2 中如何不存在 Vpullup。Vdd 和接地通過 2 個 MOSFETS 切換。

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推挽配置的輸出電壓永遠(yuǎn)不會超過監(jiān)控器的電源電壓 0.3V 以上，因為體二極管會導(dǎo)通并損壞設(shè)備。體二極管在正向偏置模式下會承受過大的電流。

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監(jiān)控器的靜態(tài)電流包括通過可連接在監(jiān)控器輸出端的外部電阻器的電流。

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不可能像開漏輸出拓?fù)淠菢訉⑼仆燧敵鲞B線或連接在一起。

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推挽輸出非常適合高速應(yīng)用，因為推挽輸出沒有上拉電阻在開漏拓?fù)渲幸鸬念~外延遲。

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圖 2：在推挽輸出拓?fù)渲?，p 溝道 MOS (PMOS) 和 NMOS 連接在一起，類似于反相器

如何識別低電平有效和高電平有效

不同類型的監(jiān)控器監(jiān)控欠壓和過壓情況，并在低電平有效或高電平有效輸出拓?fù)渲刑峁?RESET/FLAG/POWERGOOD/SENSEOUT?！癝ENSEOUT”和“POWERGOOD”標(biāo)記的引腳在監(jiān)控器檢測到電源電壓處于正常工作狀態(tài)時激活，而“RESET”標(biāo)記的引腳在監(jiān)控器檢測到電源電壓出現(xiàn)故障（欠壓或過壓）時激活健康）狀況。

過壓高電平有效監(jiān)控器意味著只要電源超過 VIT+，發(fā)出過壓條件信號，RESET 就會激活為邏輯高電平。

表 1 可以幫助我們識別不同的方案。

表 1：高電平有效與低電平有效監(jiān)控器。