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用复位发生器和电压监控器来避免故障

来源:www.hc360.com2008.07.08阅读 1786


     工程师经常会受到来自市场的压力,迫使他们增强产品的特性,同时降低产品的成本和结构。使用集成电路和高集成度的微处理器时会遇到这样的挑战。然而,这些元件需要用多种低电压供电。输入到电路板上的电源(或者DC-DC转换器)产生这些电压。为了提供如同单一电源电路板那样的可靠性,对电路板上所有的电源都要进行监控。新一代的电压监控器和复位产生器使得多电压的监控更加容易。

     什么是复位产生器和电压监控器?

     大多数微处理器提供“复位”引脚能使外部的硬件从固定的存储器位置开始执行程序。这个引脚由外部的集成电路驱动,称为复位产生器。在所有为处理器供电的电源都开启之后,在短暂的时间激活复位信号。外部的手动复位输入时,复位产生器也能激活复位信号。

     当关闭电路板上的电源,或者电路板上的电源有一个有故障时会发生什么情况?

     输入电源关闭时,电路板上所有的电压都关闭,输出电压开始下降。另一方面电源有故障时,输出电压会降至规定的电平之下,或者升高至有危险的电平。电源电压下降时,处理器不能够正确地执行指令,会跳转到其它存储器位置。因此CONTROL ENGINEERING China版权所有,处理器会冲掉Flash存储器的内容,使系统不能正常工作。

     为了防止这样的系统故障,使用了电压监控集成电路。电压监控集成电路监控电源电压,有任何电源发生故障时中断电路板上的处理器。处理器可以终止当前的操作,或者保存关键信息。此后,复位发生器使处理器处于复位状态,直到所有的电源都关闭。

     微处理器的内部电压和I/O电压向微处理器供电。图中展示了存储器、ASIC和Flash存储器和与之相关的电压。

     电压监控器和复位产生器的运作

     复位产生器等待所有的电压达到稳定状态,于是在复位脉冲持续一段时间后(取决于电容值),发出CPU的复位信号。然后使能Flash存储器写功能。如果上电时电路板上的任何一个电压有故障CONTROL ENGINEERING China版权所有,就不会向处理器发出复位信号,以防止破坏Flash存储器。

     所有电源开启时,监控器监控所有的电压(包括输入电源)。如果任何一个电压有故障,监控器向处理器发出一个中断信号,在短暂的时刻后,激活CPU复位,并关闭Flash写信号。监控器的有效性取决于其电压监控精度和对电压故障检测的速度。

     针对监控器选择电压监控阈值

     在图1中www.cechina.cn,CPU内部电压指定为1V±5%。监控器监控阈值应设置成1V-5%=0.95V。设置后,当VCC-CPU内部电压低于0.95V时,监控器集成电路产生低电压中断信号。5个被监控电压中的任何一个低于对应的电压阈值时,图1中的监控器集成电路激活CPU中断信号。

   电压监控精度

     对于图1中的监控器,2%的0.95V阈值精度意为可以在任何点激活CPU中断信号,从0.95V+2%至0.95V-2%(0.97V至0.93V)。使用监控器集成电路时CONTROL ENGINEERING China版权所有,监控器阈值应该设置在0.97V,防止处理器工作在低于其可容忍的电平。然而,这个设置限制了DC-DC转换器容限。通常精度为1%的监控器提供最佳的解决方案。

     监控故障检测延时

     测量故障检测延时指从电源电压降到低于监控器的阈值至监控器指明故障的输出时间。然而在故障检测延时期间,电源电压继续下降。延时越长,在报告故障的时刻电源电压越低。因此CONTROL ENGINEERING China版权所有,故障检测延时应该尽可能的短(最佳为数十微秒)。

     用PowerGood信号监控电源电压

     DC-DC转换器的PG(PowerGood)信号指明了电压已经到达了其电压的近似90%。在图2所示的电路,所有的PG信号和手动复位信号都连接到PLD(可编程逻辑器件)。PLD产生CPU复位信号、中断CPUCONTROL ENGINEERING China版权所有,通过逻辑方程关闭Flash写信号。这种方法还经常用来实现电源定序。

     优点:PLD对复位、中断的产生,以及关闭Flash写信号有很大的灵活性,能有效地进行电源定序。因为这个电路独立于DC-DC转换器的输出电压,它可以作为标准的解决方案用于各种应用。

     缺点:

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