鉅大LARGE | 點擊量：893次 | 2020年02月27日
可編程四電源管理器件為多電壓監(jiān)視應用帶來了無比的靈活性
概要
與當前市場上的電源管理器件相比，LTC2900、LTC2901、LTC2902三種新型的器件可以提供更加精確的復位門限，從而大大的提高了系統(tǒng)的可靠性。同時，可以縮短設計時間、降低制造成本且易于使用，具有接口靈活和所需外圍器件少的優(yōu)點。
此三種電源管理器件可以同時監(jiān)視四個電壓，而且在整個溫度范圍內(nèi)的門限精度為1.5%。每個器件提供16種使用者可選的四電壓組合：5V、3.3V、3V、2.5V、1.8V、1.5V、+ADJ以及-ADJ。通過簡單的外圍電阻分壓器來實現(xiàn)單管腳編程，從而避免了使用許多器件來實現(xiàn)不同的電源組合。這三個電源管理器件都可以承受5％的電源波動，其中LTC2902還可以通過編程使其工作在7.5％、10％、12.5％的電源波動范圍下。這些新型器件不需要軟件來控制，也不需校準和修正。在一些應用中，不需要任何外圍器件就可以直接工作，這樣就大大的節(jié)約了電路板的空間和成本。器件還具有手動復位、看門狗功能、可選輸入電源精度和裕量。通過調節(jié)外部電容，使用者可以調整復位和看門狗定時參數(shù)。
LTC2900、LTC2901、LTC2902電源管理器件具有微功耗、體積小、高精度和多復位輸出的功能。廣泛的集成功能使得這些器件很容易被應用到多電壓管理系統(tǒng)中。表1列出了器件所具有的特征。圖1是使用LTC2900-2來實現(xiàn)四電源管理并帶有按鈕復位功能的典型應用。
安全啟動：產(chǎn)生上電復位(pOR)
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在許多系統(tǒng)中，要使系統(tǒng)可靠的運行，獲得關于電源何時超過最小門限和在指定的時間段內(nèi)穩(wěn)定運行等信息是非常重要的。而獲得這些信息的方法之一就是從高精度電壓監(jiān)視器中產(chǎn)生一個可靠性高的上電復位(pOR)信號。
微處理器是需要可靠pOR信號的典型例子。在所有電源電壓到達安全門限前(不考慮系統(tǒng)是否上電)，LTC2900、LTC2901、LTC2902可以避免處理器執(zhí)行錯誤的指令。而且如果任何電壓超過門限范圍足夠長的持續(xù)時間且幅度較大，那么復位信號將不斷的重新發(fā)送。只有電壓返回到門限電壓以上而且持續(xù)一定的時間，復位信號線才會得到釋放。
為了建立正確的復位邏輯狀態(tài)，復位驅動電路必須在上電初就開始工作。LTC2900、LTC2901、LTC2902監(jiān)視器件自動的在V1和V2輸入電壓的較大者中獲得電壓而工作。隨著V1或V2接近1V或者較大，復位輸出信號指定為邏輯低0.3V(最大)，而吸收電流為100mA。
單芯片提供所有電壓監(jiān)視：單管腳編程
即使在系統(tǒng)電壓沒有最后確定的情況下，使用者仍然可以很自由的選擇LTC2900、LTC2901、LTC2902來實現(xiàn)多電壓監(jiān)視。如圖2所示，使用者只需在VREF和GND之間連接一個電阻分壓器，并把分流點連接到管腳VpG就可獲得所需的電壓組合。可編程過程出現(xiàn)在上電期間，并且該過程對使用者透明。表2列出了編程實現(xiàn)不同電壓組合時推薦用1％的電阻阻值，表中的最后一列是當使用標準DAC編程時的優(yōu)化VpG/VREF比(0.01)。
圖1使用LTC2900-2實現(xiàn)4線電壓監(jiān)視的典型應用
圖2編程電壓監(jiān)視模式(電阻R1和R2參考表2)
監(jiān)視正負電壓：配置可調輸入
對于表2中沒列出的電壓監(jiān)視，可以使用正調節(jié)ADJ和負調節(jié)－ADJ輸入來實現(xiàn)。圖3是實現(xiàn)正調節(jié)應用的常見電路，V3或V4可調的正輸入范圍設定為0.5V。對于大多數(shù)的正調節(jié)應用來說，外接電阻(R3、R4)上的引出點直接連接到V3或V4的高阻抗處。
圖4是實現(xiàn)負調節(jié)應用的常見電路，V4輸入的負調節(jié)門限通常連接到地。在負調節(jié)應用中，外接電阻(R3、R4)上的引出點常位于負電壓和VREF之間并連接到高阻抗輸入管腳V4。管腳VREF上的壓值(額定1.21V)提供了在地附近水平漂移工作時所需的電壓。在整個工作溫度范圍-40℃~85℃內(nèi)，VREF能夠提供和吸收大約1mA的電流。
利用正調節(jié)輸入，也可以監(jiān)視0~0.5V電壓。與負調節(jié)應用中的補償相似，在VREF和V3(V4)之間、VREF和監(jiān)視電壓之間加電阻。
優(yōu)質的系統(tǒng)設計：考慮門限精度和噪音敏感度
系統(tǒng)的可靠性依賴電源復位門限在溫度和功率變化范圍內(nèi)保持高的精度。電源監(jiān)視器件LTC2900、LTC2901、LTC2902在整個溫度范圍內(nèi)都具有相同的門限精度：額定輸入電壓的1.5％(見圖5)。
在任何電源監(jiān)視應用中，電源噪音的波動都可能導致誤復位，尤其是當監(jiān)視電壓接近復位門限時更為明顯。
一個常用的解決方法是在輸入比較器處增加一個滯后電路，滯后量通常由跟蹤門限的百分比來確定。一般說來，實際的跟蹤門限精度通常確定為所用器件的工作精度。但是這種方法會降低精度，因而沒有應用到LTC2900、LTC2901、LTC2902器件中。
為了減小誤復位同時保證系統(tǒng)的精度，可以采用噪音濾波的兩種方式。第一種方式采用比較器動態(tài)響應的自適應模式。從比較器件集成電路中接受到的動態(tài)事件必須具有足夠長的持續(xù)時間和幅度而保證比較器產(chǎn)生正確的開關信號。圖6是跟蹤比較器所需的典型的動態(tài)持續(xù)時間和比較器過驅動(跟蹤門限VRTX百分比)之間的關系曲線圖。
第二種方式使用可控的復位輸出時間周期(tRST)或復位延時時間可調模式。通過在CRT管腳和地之間接入電容CRT來調節(jié)復位輸出時間周期。當某個電源電壓超出門限后，復位線被拉低。僅當輸入返回到門限以上后，復位輸出時間計數(shù)器才開始計數(shù)。當輸入電壓降回到輸入門限外后，計數(shù)器將被清零。對于頻率器件產(chǎn)生的噪音輸入只有在頻率超過1/tRST時復位線才保持低，從而避免了復位線邏輯狀態(tài)的擺動。
盡管四個電源管理器件都帶有內(nèi)置的短時脈沖波形干擾濾波電路，但是仍然推薦在V1和V2上使用旁路電容。因為V1和V2的較大者也是芯片的VCC(大多數(shù)應用中0.1mF的陶瓷電容可滿足要求)。在環(huán)境噪音惡劣的條件下，V3和V4輸入管腳上也推薦增加濾波電容。
圖3設置正調節(jié)跟蹤點
VTRIp=0.5V(1+R3/R4)
圖4設置負調節(jié)跟蹤點
VTRIp=-VREF(R3/R4)
圖5門限精度和溫度之間的關系曲線
(LTC2900、LTC2901和LTC2902)
可調的復位輸出時間周期
為了滿足不同的應用場合，復位輸出時間周期(tRST)通常是可調節(jié)的。通過在CRT管腳和地之間連接一個電容CRT既可實現(xiàn)周期可調。電容值由下式確定：
CRT＝tRST*217*10-9
其中CRT單位為Farads，tRST單位為秒。最大復位輸出周期受最大可用低漏電容限制，輸出時間周期的精度也受電容泄漏和精度的影響。為了保持時間精度，電容的泄漏電流必須低于2mA。
復位輸出可選和獨立的比較器輸出
復位輸出可在兩種方式下工作：開路耗散式(LTC2900-1、LTC2901-1、LTC2902-1)和推拉式(LTC2900-2、LTC2901-2、LTC2902-2)。開路耗散式輸出帶有一個小的上拉電流源輸入到管腳V2，因此當輸出需要上拉到一個較高的電壓或者復位輸出需要一個較快的上升時間時就需要外接一個上拉電阻。開路耗散式輸出允許線OR連接，所以當有很多的復位線需要拉低時很方便使用。在LTC2901和LTC2902的非延時獨立比較器輸出上也帶有開路耗散輸出的上拉特性。當外部上拉電壓大于V2時，內(nèi)部保護網(wǎng)絡自動使能而保護上拉電路。
圖6跟蹤比較器所需的典型的動態(tài)持續(xù)時間和比較器過驅動之間的關系曲線圖
圖7兩個管理器件級聯(lián)實現(xiàn)8電壓監(jiān)視原理圖
圖8使用LTC2901-2來監(jiān)視輸入、輸出、反饋電壓以及DC/DC控制器上的低負載情況。在這種應用中，控制器為使用3.3V輸入、1.8V輸出的LT1772
圖9使用四電源監(jiān)視器件來實現(xiàn)不對稱滯后容限
表2電壓門限編程
表3：LTC2902門限編程
推拉式復位輸出帶有一個耐壓的主動式上拉電容連接到V2，所以具有快速、低電壓降的上拉特征。在推拉式復位輸出應用中不推薦使用線OR以及外部上拉進行OR功能。
當VCC降到0V時確保有效復位
在有些應用中，當電壓VCC下降到0V時，需要復位輸出仍然有效。LTC2900-2、LTC2901-2和LTC2902-2中連接一個外部電阻，在管腳和地之間就可實現(xiàn)這種功能。外部電阻提供了一個荷電或者漏電流旁路，從而可以避免當連接一個高阻抗(如CMOS邏輯)輸入時，輸出降到所需電壓以下。其中，為了減小上拉電路的額外負載且下拉功能有效，電阻的阻值應該取得足夠的小。如果阻值太大，下拉功能一般不會很好。在大多數(shù)的應用中，100kW即可滿足要求。
LTC2900的手動復位特征
LTC2900上的管腳可以實現(xiàn)手動復位或者按鈕復位，從而保證系統(tǒng)實現(xiàn)強迫復位，通常是在和地之間接入一個按鈕開關。內(nèi)部10mA地電流源可把管腳拉到VCC。復位電路電容CRT的延時使開關自動復位。若所監(jiān)視的四個電壓輸入都在門限電壓以上，管腳上的邏輯低會把也拉低，當返回高時，在復位時間周期過后也恢復高。管腳也可被邏輯信號驅動，其輸入最大門限是1.6V，使得該管腳可被低電壓邏輯驅動。圖7是使用兩片監(jiān)視器件LTC2900-2實現(xiàn)級聯(lián)從而監(jiān)視8電源的原理圖。其中，第一個監(jiān)視器件的復位輸出連接到第二個器件的輸入，從而保證當?shù)谝粋€監(jiān)視器件的輸入電壓降到門限以下后，主復位保持低。當8個電壓都在門限電壓以上時，第二個復位延時過后，主復位才釋放。
LTC2901的獨立看門狗特征
LTC2901帶有由看門狗輸入(WDI)、看門狗輸出()和定時器管腳(CWT)構成的獨立看門狗電路，并且看門狗輸出時間周期可根據(jù)需要進行調節(jié)。監(jiān)視器件上的任何欠壓都會導致變低，從而清除看門狗定時器而把拉高。當變高時看門狗定時器開始計數(shù)。WDI管腳上接受到的并發(fā)上升或下降邊沿也會清零看門狗定時器。在看門狗時間輸出周期內(nèi)，如果沒有接受到任何邊沿信號，那么將變低，只有當WDI接受到另外一個邊沿信號或者另外一個欠壓條件出現(xiàn)時，才變高，否則將保持低，看門狗定時器將保持清零狀態(tài)。
看門狗功能通常用來監(jiān)視微處理器的運行，若微處理器非正常運行，會發(fā)送一個邊沿信號給WDI管腳。如果看門狗輸出管腳連接到非屏蔽中斷管腳(NMI)，那么看門狗定時器會促使微處理器執(zhí)行中斷程序，從而實現(xiàn)程序復位。例如電機的運行就可以非使能，互鎖功能處于使能，此時重要的數(shù)據(jù)就可寫到NVRAM。
看門狗輸出時間周期(tWD)可以通過軟件來實現(xiàn)優(yōu)化。通過連接電容CWT到CWT管腳和地之間從而設定看門狗輸出時間周期。電容值通常由下式確定：
CWT＝tWD*50*10-9
其中，CWT單位為F；tWD單位為秒。最大輸出周期受最大可用低漏電容限制。輸出時間周期的精度也受電容泄漏和精度的影響。為了保持時間精度，電容的泄漏電流必須低于2mA。
通過給管腳WDI輸入周期性邏輯信號，看門狗電路也能被用作時鐘或者頻率監(jiān)視器。如果在比看門狗輸出時間周期還長的時間內(nèi)輸入信號沒有被激活，信號線將被拉低，表明周期輸入中有損失信息。圖8是使用LTC2901來實監(jiān)視一個開關調節(jié)器的原理圖。其中，3.3V輸入、1.8V輸出和反饋到LTC1772的電壓信號都能得到監(jiān)視。而且，如果負載電路處于開路狀態(tài)，LTC1772就切換到Burst模式工作，從而減小了門M1的占空比。如果脈寬超過看門狗的時間輸出周期，那么看門狗輸出下降表明系統(tǒng)處于低負載運行。
使用LTC2902進行電源電壓裕量測試
在高可靠性系統(tǒng)的設計和測試中，驗證系統(tǒng)電氣元件在額定電源容限范圍內(nèi)正確工作是很必需的。對于LTC2902，有兩種方法對其進行測試。第一種方法，讓復位非使能管腳拉低，從而強迫輸出為高，保持為低，當調節(jié)電源電壓降到門限以下時，不會產(chǎn)生復位信號?？紤]到單電壓監(jiān)視，無論是低還是高，獨立比較器輸出都應當正常工作。第二種方法，允許通過降低跟蹤門限而增大可測試的電壓范圍。使用數(shù)字誤差的編程輸入(T0，T1)，總的電源容限可以設置為5％、7.5％、10％或者12.5％(表3)。
當聯(lián)合使用正負可調節(jié)輸入和容限編程時，外部電阻阻值只需基于5％的容限范圍確定即可。因為參考電壓VREF相應的成比例變化，所以只要外部電阻的誤差容限被確定，其它門限模式(7.5％、10％、12.5％)既可自動確定。圖9是使用LTC2902實現(xiàn)不對稱滯后電源監(jiān)視的應用，當電源電壓上升時有5％的容限，而當所有電源電壓超過5％的門限時具有12.5％的容限。
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