引言
在電子設(shè)備 (特別是電池供電型產(chǎn)品) 的設(shè)計中，功耗是一項重要的問題。對于電子設(shè)備設(shè)計師而言，面臨的難題是如何在不顯著縮短設(shè)備電池運行時間的情況下增添功能。例如：拆開任何一部時尚的便攜式設(shè)備，您將會發(fā)現(xiàn)，不少集成電路即使在處于空閑狀態(tài)的時候也會消耗一定的電流。應(yīng)盡量地減小嵌入式電路的靜態(tài)電流和工作電流 (以最大限度地延長應(yīng)用的電池工作壽命)，這一點很重要。
有的時候，在弱電池電壓條件下，當接通設(shè)備時，您可能只會發(fā)現(xiàn)它沒有任何反應(yīng)，并且在其上電序列過早終止之后被部分配置。避免發(fā)生該問題的一種方法是采用功率需求極低的電源監(jiān)控器來監(jiān)視系統(tǒng)電源，從而使得它們即使在電池電量消耗非常之大的情況下也能夠做出響應(yīng)。LTC2934 和 LTC2935 超低功率監(jiān)控器在設(shè)備工作的所有相位期間均提供了準確的電壓監(jiān)視和微處理器控制。系統(tǒng)初始化、電源故障預(yù)警、手動復(fù)位和上電/斷電復(fù)位發(fā)生等功能都被內(nèi)置于器件之中，因而僅需從電源吸收區(qū)區(qū) 500nA 的電流。
在非常適合于電池供電型產(chǎn)品的同時，LTC2934 和 LTC2935 也可在任何需要電壓監(jiān)視和/或微處理器控制的應(yīng)用中使用。這些監(jiān)控器的超低負載電流使產(chǎn)品能夠采用容量較小的電池，并擁有較長的工作時間。其典型應(yīng)用包括便攜式數(shù)據(jù)記錄器、醫(yī)療設(shè)備、遠程系統(tǒng)和本質(zhì)安全設(shè)備。
圖1：典型的電源監(jiān)視器應(yīng)用。
電源電壓上升：啟動很重要
在電源上電的過程中需要控制器件的啟動，這一點很重要。LTC2934/35 上電復(fù)位(POR) 功能提供了電壓監(jiān)視和邏輯控制，用于防止在電源電壓不足的情況下起動微處理器。PRO 功能還產(chǎn)生了一個延時，以為電源電壓的穩(wěn)定提供少許余量。該延時也使得一個處理器振蕩器能夠起振，并在允許微處理器執(zhí)行編碼操作之前達到一個穩(wěn)定的頻率。
來自監(jiān)控器的復(fù)位輸出 /RST 通常連接至微處理器的復(fù)位輸入。在系統(tǒng)啟動期間，監(jiān)控器把 /RST 輸出保持于低電平。當電壓達到一個規(guī)定的最小值時，內(nèi)部復(fù)位定時器將開始運行，并另外再把 /RST 輸出保持于低電平達一定的時間 (通常為 200ms)。當復(fù)位定時器終止操作時，/RST 輸出被拉至高電平，并把微處理器從其復(fù)位狀態(tài)中釋放出來。
圖 2 示出了從圖 1 所示的典型應(yīng)用電路獲得的電源上升波形。當 VCC 超過了電源故障門限 +2.5% 遲滯 (3.192V x 1.025 = 3.272V) 時，允許把電源故障輸出 (/PFO) 拉至高電平。LT3009 (一款 3μA LDO) 從 VCC 來供電。由于 /PFO 輸出由 LDO 輸出來上拉，因此 /PFO 將跟隨 LDO。當 LDO 輸出超過了復(fù)位門限 +5% 遲滯 (1.696V x 1.05 = 1.781V) 時，內(nèi)部復(fù)位定時器開始運行。在 200ms 之后，/RST 被拉至高電平，而且，與 /RST 相連的系統(tǒng)邏輯電路從其復(fù)位狀態(tài)中釋放出來。
圖2：典型的上電波形。
電源電壓下降：注意預(yù)警
非受控的電源丟失會引發(fā)許多的系統(tǒng)問題。LTC2934 和 LTC2935 包含一個電源故障邏輯輸出 (/PFO)，將其拉至低電平，以對即將發(fā)生的電源丟失提供預(yù)警。預(yù)警應(yīng)在被監(jiān)視電源的電壓下降至不足電平之前 (以及遠遠早于 /RST 輸出被拉至低電平的時候) 提供，這樣才能發(fā)揮效用。/PFO 和 /RST 被拉至低電平之間的時間可用于在停機之前啟動多項關(guān)鍵的操作。當監(jiān)控器把微處理器復(fù)位拉至低電平時，就有可能無法執(zhí)行操作。由電源故障報警信號所啟動的操作包括：關(guān)斷非關(guān)鍵元件 (以保存能量)，并把重要的數(shù)據(jù)寫入存儲器。有些安全應(yīng)用可能還會要求將數(shù)據(jù)刪除，從而不給存儲器窺探者以可乘之機。
圖 3 示出了從圖 1 所示應(yīng)用電路獲得的電源下降波形。這些波形示出了當 VCC突然從系統(tǒng)斷接時，/PFO 是如何提供具有足夠提前量的報警的。在 1.8V 電壓條件下，LT3009 將向一個負載提供 10mA 的恒定電流。當 VCC (標稱值為 4.1V) 被斷接時，100μF 輸入電容器開始放電。電源故障門限被配置為 3.192V。
圖3：典型的斷電波形。
由于電源故障條件繼續(xù)存在，而不僅僅持續(xù)很短的時間，因此，邏輯輸出 /PFO 將被拉至低電平，并在一個小的比較器延遲之后保持低電平狀態(tài)。在這個時候，系統(tǒng)邏輯電路 (通常連接至 /PFO) 應(yīng)采取適當?shù)耐C動作。在該應(yīng)用中，在電源故障發(fā)生之后剩余的工作時間大約為 10ms。最后，VCC 變得非常之低，以至于 LDO 將開始出現(xiàn)壓降。在 LDO 輸出降至復(fù)位門限 (1.696V) 以下之后不久，/RST 將被確定為低電平。此時，系統(tǒng)負載被移除，而且 LDO 輸出開始恢復(fù)。不過，剩余的負載和內(nèi)置遲滯將會防止 LDO 的恢復(fù)對 /RST 輸出產(chǎn)生干擾。
選擇固定或可調(diào)門限
LTC2935 集成了 8 對精準的復(fù)位和電源故障門限。采用 3 個數(shù)字選擇輸入來配置 8 對門限中的任何一對 (見表 1)。采用 LTC2935 的典型應(yīng)用電路不需要額外的外部元件。因此，解決方案所占用的板級空間極小，而且功率極低。
表1：下降門限選擇表。
當需要定制 (可調(diào)) 門限時，可采用 LTC2934。LTC2934 用于監(jiān)視施加在其 PFI和 ADJ 輸入端上的電壓 (一般是通過一個外部阻性分壓器來完成)。外部分壓器的電阻值可以很大，這有助于保持低電流。因輸入漏電流 (在整個溫度范圍內(nèi)的最大值為 1nA) 而引起的分壓器誤差往往非常小，根本不用擔心。PFI 和 ADJ 輸入具有精準的 400mV 門限 (下降)，所以可進行低電壓監(jiān)視。
LTC2934 和 LTC2935 的下降門限準確度均為 ±1.5% (在整個工作溫度范圍內(nèi))。最小 VCC 很低，僅為 1.6V。關(guān)于配置的細節(jié)，在 LTC2934 和 LTC2935 的產(chǎn)品手冊中有述。
手動復(fù)位和復(fù)位定時
LTC2934 具有兩種可選的復(fù)位超時周期。把 RT 輸入連接至低電平，選擇的是一個 15ms 超時，而把 RT 輸入連接至高電平則選擇的是一個 200ms 超時。LTC2935 具有一個 200ms 的固定超時。這兩款器件均具有一個手動復(fù)位輸入，當 /MR 輸入被拉至低電平時 (通常利用一個開關(guān)來完成)，該手動復(fù)位輸入將把 /RST 確定為低電平。/MR 輸入具有一個連接至 VCC 的內(nèi)部 900k 上拉電阻器，用于在開關(guān)開路時對 /MR 輸入執(zhí)行上拉操作。或者，也可以利用一個外部邏輯信號來把 /MR 輸入拉至低電平。當 /MR 輸入恢復(fù)高電平時，/RST 將在復(fù)位超時周期結(jié)束之后被拉至高電平 (假設(shè)被監(jiān)視的輸入電壓高于復(fù)位門限)。
監(jiān)視一個兩節(jié)層疊鋰離子電池
有些便攜式應(yīng)用使用一組電池來實現(xiàn)較長的產(chǎn)品工作壽命。對于采用兩節(jié)層疊 4.1V 鋰離子電池 (或相似電池) 的產(chǎn)品，總層疊電壓 (8.2V) 超過了 LTC2934 的最大工作電壓 (5.5V)。然而，如果兩節(jié)層疊電池的中心抽頭是可用的話，那么仍然能夠監(jiān)視電池。圖 4 示出了采用層疊電池的中心抽頭來對 LTC2934 施加偏壓的方法。在電源故障輸入端 (PFI) 上對總層疊電壓進行監(jiān)視。該應(yīng)用電路被配置成在電池電壓之和降至 6.00V 以下時把 /PFO 輸出拉至低電平。可調(diào)輸入 (ADJ) 負責監(jiān)視 LDO 輸出。當 LDO 輸出降至 3.00V 以下時，/RST 輸出將被拉至低電平。
圖4：層疊鋰離子電池和 LDO 監(jiān)控器。
非常充裕的遲滯
某些應(yīng)用電路在加電時將產(chǎn)生一個很大的負載瞬變。如果電池的串聯(lián)電阻很大，那么這種瞬變就會導(dǎo)致電池電壓顯著地下降。如果負載在復(fù)位輸出被拉至高電平之后啟用，則隨后出現(xiàn)的電壓降有可能把 VCC 監(jiān)視器輸入端上的電壓置于門限以下，從而導(dǎo)致復(fù)位和電源故障輸出被拉至低電平。在這樣的場合中，采用有源門限控制 (如圖 5 所示) 是有幫助的。LTC2935 的電源故障輸出 (/PFO) 可用于改變?nèi)魏?(或全部) 門限控制輸入狀態(tài) (S2、S1、S0)。電源故障比較器門限始終高出復(fù)位門限達 150mV，而且，電源故障輸出并不經(jīng)歷 200ms 的復(fù)位超時延遲。如果電源故障輸出在復(fù)位輸出之前被拉至高電平 (對于上升電源而言情況幾乎總是這樣)，則它將可被用來把下降門限降至其他7種門限選項之一。在圖 5 中，復(fù)位下降門限從 3.3V (/PFO 為低電平) 變至 2.25V (/PFO 為高電平），這提供了一個 1.05V 的充裕下降遲滯。
圖5：有源門限控制。
結(jié)論
LTC2934 和 LTC2935 監(jiān)控器所需的 500nA 電流非常之小，因而可被置于器件功率預(yù)算的“無關(guān)”列之中。盡管功率很低，但這些監(jiān)控器并未舍棄功能。上電復(fù)位和電源故障預(yù)警信號為系統(tǒng)邏輯電路提供了無干擾的邏輯控制。復(fù)位延遲時間是內(nèi)置的。這兩款器件均具有手動復(fù)位功能。這些監(jiān)控器的配置很容易，而且所需的外部元件極少。超低的輸入漏電流規(guī)格使得高性能應(yīng)用成為可能。其技術(shù)規(guī)格在 -45℃ 至 85℃ 的溫度范圍內(nèi)得到保證。這兩款器件全部采用節(jié)省空間的 8 引腳、2mm x 2mm DFN 和 TSOT-23 (ThinSOTTM) 封裝。 |
