高可靠系统的电源电压监控和排序

对于多数电子系统，用上电复位(POR)电路监控系统电压可以保证正确的上电初始化。此外，用POR监视电压跌落，能够尽可能避免代码运行中的问题(存储器不可靠或导致系统不能正确运行)。为了改善高端系统的可靠性，系统电源必须有正确的时序，以防止其微控制器、微处理器、DSP或ASIC闭锁，闭锁问题可能导致系统损坏或影响其长期稳定性。在大多数情况下，一个或多个微处理器监控IC可实现这些排序和监控功能。  

利用检测器和上电复位电路监控电压

监控系统电源电压的一种简单方法是电压检测器，这种IC包括一个比较器和一个内部基准。当电源电压降到低于电压检测器的阈值时，输出报警信号通知系统微控制器即将发生电源故障。从而使微控制器能够以受控方式对存储器进行备份、接通或断开电源或使系统关断。

上电或断电期间，当电压检测器改变状态时，在很短的传输延迟后即可触发输出跳变。这有利于电源故障报警，而在大多数情况下，微控制器的复位输入需要较长的延迟时间(称作复位超时周期)。上电过程中，系统时钟和电源必须在微控制器解除复位状态之前稳定下来，而且，处理器的寄存器必须完成初始化。上电复位 (POR)是微处理器监控IC的功能之一，提供复位超时周期，使系统在微控制器开始工作之前完成初始化。同样，如果上电后电源电压瞬间跌落至POR阈值，在电源恢复到POR阈值以上后，会提供同样的超时延迟。上电复位具有不同的固定超时周期数和阈值电压，有些上电复位芯片还提供电容可调的超时周期。

监控多电压系统

大多数系统监控3.3V I/O逻辑电源。为了使系统具有较高可靠性，必须监控额外的电源，如核电压和存储器电源电压等。为数众多的多电压微处理器监控器能够胜任这项任务，但给定系统的特殊要求使芯片的选择余地大大减少。

大多数监控器能够监控标准电压(如5V、3.3V、2.5V和1.8V)，实际应用中还会需要监控额外的电压，这是因为不同元件(例如存储器、PLD和 ASIC)具有不同的电源要求。因此，需要决定采用固定阈值器件(这种器件不需要外部电阻器)还是更灵活的可调阈值器件(这种器件可以根据需要改变门限，但需要外部电阻器)。具有固定和可调阈值的组合器件是最好的解决方案。在选择器件时，重要的是选择其基准电压低于所监控的系统最低电压。例如，在 0.8V，0.9V和1V电源系统中，1.2V基准器件就不能工作。

近年来，高可靠系统中的电源电压数量逐步增加，有些系统需要10个甚至更多的电源电压，针对这种应用可以选择多通道监控器件，特别是具有漏极开路输出的多电压监控器，这种器件的输出可以将输出通过逻辑“或”，合并为单一输出。所示将两个MAX6710连接在一起，可监控8路电压，提供一个复位输出信号。



图1. 利用两片漏极开路输出的多电压监控器监控8路电压，提供单个复位输出。

过压保护电路

某些电源不仅需要监视欠压条件，同时还需要监视过压条件。很多系统中，为了防止损坏昂贵的处理器和ASIC，过压监视已成为必不可少的条件。常用的过压保护电路有两种：一种是由两个电压检测器和一个基准构成的窗口检测器，同时监控过压条件和欠压条件，也可以选择专用的窗口检测器IC，如MAX6754。另外一种电压保护电路包括一个外部p沟道MOSFET，若电压超过指定电平，则外部p沟道MOSFET关闭电源(参见)。



图2. 当监控电路检测到过压情况时，p沟道MOSFET断开电源。

电源排序

利用DC-DC电源调节器的使能或关断引脚可以方便地对电源进行排序。在"菊花链"配置中，当电源首次上电时，电源要求其上电就绪(POK)信号(假若有此信号)告知其他电路其电压是否在余量内。POK输出连接第2个调节器的关断或使能引脚，并在有效时开启调节器，如所示。对于需要较长延迟的情况，某些调节器包括一个POR，允许在开通下一个电源前有较长的时间延迟。

没有POK信号时，可以用电压检测器或POR监控电源输出，把检测器或POR输出连接到第2个电源的关断或使能输入引脚。当监视电压超过特定阈值时，第2 个电源开启。存在电源干扰时，特别是监控电压接近于门限值时，检测器会频繁地接通、关闭调节器。为了避免这种情况，上电复位电路可在一定程度上改善这种状况——这也是POR超时周期带来的好处。当被监控电压低于监控器的阈值时，POR输出在监控电压恢复到阈值电压以前保持复位状态，并在电压恢复正常后继续保持最小超时周期的复位状态。在超时周期内，监控电压必须保持大于复位阈值，从而解除复位状态，避免重复复位操作。利用POR产生关断或使能信号还允许用户控制导通时间，POR提供几微秒"1秒以上的超时周期。另外，电容可调的POR允许改变指定器件的超时周期。



图3. 带有POK输出的电源为电源排序提供一种简便方法。

上电复位电路还可以控制其它电源的上电顺序。例如，在一个有3个电源供电的系统中，可以在第3个电源有效前使前两个电源有效。如果用不带POK输出的稳压器产生前两路电源，则可以用一个双电压POR监视它的两个电压。通过控制第三路电源的使能或关断引脚，使第三路电源顺序上电。为了对更多数量的电源进行顺序控制，可以采用多电压监控器件。例如，一个四电压检测器适合对4路电源排序。此外，可以采用具有不同延迟的多复位输出器件对多个电源进行顺序控制。