单片机电源可靠性设计

影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分:

1、外因

射频干扰，它是以空间电磁场的形式传递 在机器内部的导体（引线或零件引脚）感生出相应的干扰，可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰；

电源线或电源内部产生的干扰，它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导，可通过电源滤波、隔离等措施来衰减该类干扰 。

2、内因

振荡源的稳定性，主要由起振时间 频率稳定度和占空比稳定度决定 起振时间可由电路参数整定 稳定度受振荡器类型 温度和电压等参数影响复位电路的可靠性。

二、复位电路的可靠性设计

1、基本复位电路

复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。图1所示的RC复位电路可以实现上述基本功能，图3为其输入-输出特性。但解决不了电源毛刺（A 点）和电源缓慢下降（电池电压不足）等问题 而且调整 RC 常数改变延时会令驱动能力变差。左边的电路为高电平复位有效 右边为低电平 Sm为手动复位开关 Ch可避免高频谐波对电路的干扰

图1 RC复位电路

图2所示的复位电路增加了二极管，在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电，一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位。 图3所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性，可与上半部比较增加放电回路的效果

图2 增加放电回路的RC复位电路

使用比较电路，不但可以解决电源毛刺造成系统不稳定，而且电源缓慢下降也能可靠复位。图4 是一个实例 当 VCC x (R1/(R1+R2) ) = 0.7V时，Q1截止使系统复位。Q1的放大作用也能改善电路的负载特性，但跳变门槛电压 Vt 受 VCC 影响是该电路的突出缺点，使用稳压二极管可使 Vt 基本不受VCC影响。见图5，当VCC低于Vt(Vz+0.7V)时电路令系统复位。

图3 RC复位电路输入-输出特性

图4 带电压监控功能的复位电路

图5 稳定门槛电压

图6 实用的复位监控电路

在此基础上,增加延时电容和放电二极管构成性能优良的复位电路,如图6所示。调节C1可调整延时时间,调节R1可调整负载特性,如图7所示上半部分是图5电路的特性,下半部分对应图6。

图7 带电压监控功能的复位电路的输入-输出特性

2、电源监控电路

上述的带电压监控的复位电路又叫电源监控电路 监控电路必须具备如下功能：

上电复位，保障上电时能正确地启动系统；

掉电复位，当电源失效或电压降到某一电压值以下时，复位系统；

市面上有类似的集成产品，如PHILIPS半导体公司生产的MAX809、MAX810。此类产品体积小、功耗低，而且可选门槛电压。可保障系统在不同的异常条件下可靠地复位，防止系统失控。图8中的Rm和Sm实现手动复位 无需该功能时可把Reset端（或/Reset）端 直接与单片机的RST端（或/RST端）相连 最大限度地简化外围电路 也可选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX708。

图8 集成复位监控电路

此外，MAX708还可以监视第二个电源信号，为处理器提供电压跌落的预警功能，利用此功能，系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作，保存参数，发送警报信号或切换后备电池等。图9电表的应用实例 利用MAX708 电表可在电源毛刺或停电前把当前电度数保存到E2PROM中 再配合保存多个电度数备份算法，可有效解决令工程师头疼E2PROM中的电度数掉失问题使用该电路必须选择适当的预警电压点，以保证靠电源的储能供电情况下，VCC电压从预警电压跌到复位电压的维持时间（tB）必须足够长 E2PROM的写周期约为10－20ms 一般取tB>200ms就可确保数据稳定写入。预警电压调整方法 当VDC等于预警电压时调整R1和R2使PFI的电压为1.25V 此时可检测/PFO来确认内部的电压比较器是否动作，调整时必须注意此比较器是窗口比较器。 图10是该应用的程序流程图

图9 MAX708的典型应用

图10. 电表应用中E2PROM数据保护程序流程图

3. 多功能电源监控电路

除上电复位和掉电复位外，很多监控电路集成了系统所需的功能，如：

电源测控，供电电压出现异常时提供预警指示或中断请求信号，方便系统实现异常处理；

数据保护，当电源或系统工作异常时，对数据进行必要的保护，如写保护、数据备份或切换后备电池；

看门狗定时器，当系统程序“跑飞”或“死锁”时，复位系统；

其它的功能，如温度测控、短路测试等等。

我们把其称作多功能电源监控电路。下面介绍两款特别适合在工控、安防、金融行业中广泛应用多功能的监控电路 :

Catalyst 公司的 CAT1161 是一个集成了开门狗、电压监控和复位电路的 16K 位 E2PROM（I2C 接口）不但集成度高、功耗低（E2PROM部分静态时真正实现零功耗）而且清看门狗是通过改变SDA的电平实现的，节省系统I/O 资源，其门槛电压可通过编程器修改，该修改范围覆盖绝大多数应用。当电源下降到门槛电压以下时 硬件禁止访问 E2PROM 确保数据安全。

使用时注意的是 RST，/RST 引脚是 I/O 脚，CAT1161 检测到两引脚中任何一个电压异常都会产生复位信号，与 RST /RST 引脚相连的下拉电阻 R2 和上拉电阻 R1 必须同时连接，否则CAT1161将不断产生复位！同样不需要手动复位功能时可节省Rm和Sm两个元件。