可编程四电源管理器件为多电压监视应用带来了无比的灵活性

概要
与当前市场上的电源管理器件相比，LTC2900、LTC2901、LTC2902三种新型的器件可以提供更加精确的复位门限，从而大大的提高了系统的可靠性。同时，可以缩短设计时间、降低制造成本且易于使用，具有接口灵活和所需外围器件少的优点。
此三种电源管理器件可以同时监视四个电压，而且在整个温度范围内的门限精度为1.5%。每个器件提供16种使用者可选的四电压组合：5V、3.3V、3V、2.5V、1.8V、1.5V、+ADJ以及-ADJ。通过简单的外围电阻分压器来实现单管脚编程，从而避免了使用许多器件来实现不同的电源组合。这三个电源管理器件都可以承受5％的电源波动，其中LTC2902还可以通过编程使其工作在7.5％、10％、12.5％的电源波动范围下。这些新型器件不需要软件来控制，也不需校准和修正。在一些应用中，不需要任何外围器件就可以直接工作，这样就大大的节约了电路板的空间和成本。器件还具有手动复位、看门狗功能、可选输入电源精度和裕量。通过调节外部电容，使用者可以调整复位和看门狗定时参数。
LTC2900、LTC2901、LTC2902电源管理器件具有微功耗、体积小、高精度和多复位输出的功能。广泛的集成功能使得这些器件很容易被应用到多电压管理系统中。表1列出了器件所具有的特征。图1是使用LTC2900-2来实现四电源管理并带有按钮复位功能的典型应用。

安全启动：产生上电复位(POR)
在许多系统中，要使系统可靠的运行，获得关于电源何时超过最小门限和在指定的时间段内稳定运行等信息是非常重要的。而获得这些信息的方法之一就是从高精度电压监视器中产生一个可靠性高的上电复位(POR)信号。
微处理器是需要可靠POR信号的典型例子。在所有电源电压到达安全门限前(不考虑系统是否上电)，LTC2900、LTC2901、LTC2902可以避免处理器执行错误的指令。而且如果任何电压超过门限范围足够长的持续时间且幅度较大，那么复位信号将不断的重新发送。只有电压返回到门限电压以上而且持续一定的时间，复位信号线才会得到释放。
为了建立正确的复位逻辑状态，复位驱动电路必须在上电初就开始工作。LTC2900、LTC2901、LTC2902监视器件自动的在V1和V2输入电压的较大者中获得电压而工作。随着V1或V2接近1V或者较大，复位输出信号指定为逻辑低0.3V(最大)，而吸收电流为100mA。

单芯片提供所有电压监视：单管脚编程
即使在系统电压没有最后确定的情况下，使用者仍然可以很自由的选择LTC2900、LTC2901、LTC2902来实现多电压监视。如图2所示，使用者只需在VREF和GND之间连接一个电阻分压器，并把分流点连接到管脚VPG就可获得所需的电压组合。可编程过程出现在上电期间，并且该过程对使用者透明。表2列出了编程实现不同电压组合时推荐用1％的电阻阻值，表中的最后一列是当使用标准DAC编程时的优化VPG/VREF比(±0.01)。

图1  使用LTC2900-2实现4线电压监视的典型应用

图2  编程电压监视模式(电阻R1和R2参考表2)

监视正负电压：配置可调输入
对于表2中没列出的电压监视，可以使用正调节ADJ和负调节－ADJ输入来实现。图3是实现正调节应用的常见电路，V3或V4可调的正输入范围设定为0.5V。对于大多数的正调节应用来说，外接电阻(R3、R4)上的引出点直接连接到V3或V4的高阻抗处。
图4是实现负调节应用的常见电路，V4输入的负调节门限通常连接到地。在负调节应用中，外接电阻(R3、R4)上的引出点常位于负电压和VREF 之间并连接到高阻抗输入管脚V4。管脚VREF上的压值(额定1.21V)提供了在地附近水平漂移工作时所需的电压。在整个工作温度范围-40℃~85℃内，VREF能够提供和吸收大约1mA的电流。
利用正调节输入，也可以监视0~0.5V电压。与负调节应用中的补偿相似，在VREF和V3(V4)之间、VREF和监视电压之间加电阻。

优质的系统设计：考虑门限精度和噪音敏感度
系统的可靠性依赖电源复位门限在温度和功率变化范围内保持高的精度。电源监视器件LTC2900、LTC2901、LTC2902在整个温度范围内都具有相同的门限精度：额定输入电压的±1.5％(见图5)。
在任何电源监视应用中，电源噪音的波动都可能导致误复位，尤其是当监视电压接近复位门限时更为明显。
一个常用的解决方法是在输入比较器处增加一个滞后电路，滞后量通常由跟踪门限的百分比来确定。一般说来，实际的跟踪门限精度通常确定为所用器件的工作精度。但是这种方法会降低精度，因而没有应用到LTC2900、LTC2901、LTC2902器件中。
为了减小误复位同时保证系统的精度，可以采用噪音滤波的两种方式。第一种方式采用比较器动态响应的自适应模式。从比较器件集成电路中接受到的动态事件必须具有足够长的持续时间和幅度而保证比较器产生正确的开关信号。图6是跟踪比较器所需的典型的动态持续时间和比较器过驱动(跟踪门限VRTX百分比)之间的关系曲线图。
第二种方式使用可控的复位输出时间周期(tRST)或复位延时时间可调模式。通过在CRT管脚和地之间接入电容CRT来调节复位输出时间周期。当某个电源电压超出门限后，复位线被拉低。仅当输入返回到门限以上后，复位输出时间计数器才开始计数。当输入电压降回到输入门限外后，计数器将被清零。对于频率器件产生的噪音输入只有在频率超过1/tRST时复位线才保持低，从而避免了复位线逻辑状态的摆动。
尽管四个电源管理器件都带有内置的短时脉冲波形干扰滤波电路，但是仍然推荐在V1和V2上使用旁路电容。因为V1和V2的较大者也是芯片的VCC(大多数应用中0.1mF的陶瓷电容可满足要求)。在环境噪音恶劣的条件下，V3和V4输入管脚上也推荐增加滤波电容。

图3  设置正调节跟踪点
VTRIP=0.5V(1+R3/R4)

图4  设置负调节跟踪点
VTRIP=-VREF(R3/R4)

图5  门限精度和温度之间的关系曲线
(LTC2900、LTC2901和LTC2902)

可调的复位输出时间周期
为了满足不同的应用场合，复位输出时间周期(tRST)通常是可调节的。通过在CRT管脚和地之间连接一个电容CRT既可实现周期可调。电容值由下式确定：
CRT＝tRST*217*10-9
其中CRT单位为Farads，tRST单位为秒。最大复位输出周期受最大可用低漏电容限制，输出时间周期的精度也受电容泄漏和精度的影响。为了保持时间精度，电容的泄漏电流必须低于2mA。

复位输出可选和独立的比较器输出
复位输出可在两种方式下工作：开路耗散式(LTC2900-1、LTC2901-1、LTC2902-1)和推拉式(LTC2900-2、LTC2901-2、LTC2902-2)。开路耗散式输出带有一个小的上拉电流源输入到管脚V2，因此当输出需要上拉到一个较高的电压或者复位输出需要一个较快的上升时间时就需要外接一个上拉电阻。开路耗散式输出允许线OR连接，所以当有很多的复位线需要拉低时很方便使用。在LTC2901和LTC2902的非延时独立比较器输出上也带有开路耗散输出的上拉特性。当外部上拉电压大于V2时，内部保护网络自动使能而保护上拉电路。

图6  跟踪比较器所需的典型的动态持续时间和比较器过驱动之间的关系曲线图

图7  两个管理器件级联实现8电压监视原理图

图8  使用LTC2901-2来监视输入、输出、反馈电压以及DC/DC控制器上的低负载情况。在这种应用中，控制器为使用3.3V输入、1.8V输出的LT1772

图9  使用四电源监视器件来实现不对称滞后容限

表2  电压门限编程

表3：LTC2902门限编程
推拉式复位输出带有一个耐压的主动式上拉电容连接到V2，所以具有快速、低电压降的上拉特征。在推拉式复位输出应用中不推荐使用线OR以及外部上拉进行OR功能。

当VCC降到0V时确保有效复位
在有些应用中，当电压VCC下降到0V时，需要复位输出仍然有效。LTC2900-2、LTC2901-2和LTC2902-2中连接一个外部电阻，在管脚和地之间就可实现这种功能。外部电阻提供了一个荷电或者漏电流旁路，从而可以避免当连接一个高阻抗(如CMOS逻辑)输入时，输出降到所需电压以下。其中，为了减小上拉电路的额外负载且下拉功能有效，电阻的阻值应该取得足够的小。如果阻值太大，下拉功能一般不会很好。在大多数的应用中，100kW即可满足要求。

LTC2900的手动复位特征
LTC2900上的管脚可以实现手动复位或者按钮复位，从而保证系统实现强迫复位，通常是在和地之间接入一个按钮开关。内部10mA地电流源可把管脚拉到VCC。复位电路电容CRT的延时使开关自动复位。若所监视的四个电压输入都在门限电压以上，管脚上的逻辑低会把也拉低，当返回高时，在复位时间周期过后也恢复高。管脚也可被逻辑信号驱动，其输入最大门限是1.6V，使得该管脚可被低电压逻辑驱动。图7是使用两片监视器件LTC2900-2实现级联从而监视8电源的原理图。其中，第一个监视器件的复位输出连接到第二个器件的输入，从而保证当第一个监视器件的输入电压降到门限以下后，主复位保持低。当8个电压都在门限电压以上时，第二个复位延时过后，主复位才释放。

LTC2901的独立看门狗特征
LTC2901带有由看门狗输入(WDI)、看门狗输出()和定时器管脚(CWT)构成的独立看门狗电路，并且看门狗输出时间周期可根据需要进行调节。监视器件上的任何欠压都会导致变低，从而清除看门狗定时器而把拉高。当变高时看门狗定时器开始计数。WDI管脚上接受到的并发上升或下降边沿也会清零看门狗定时器。在看门狗时间输出周期内，如果没有接受到任何边沿信号，那么将变低，只有当WDI接受到另外一个边沿信号或者另外一个欠压条件出现时，才变高，否则将保持低，看门狗定时器将保持清零状态。
看门狗功能通常用来监视微处理器的运行，若微处理器非正常运行，会发送一个边沿信号给WDI管脚。如果看门狗输出管脚连接到非屏蔽中断管脚(NMI)，那么看门狗定时器会促使微处理器执行中断程序，从而实现程序复位。例如电机的运行就可以非使能，互锁功能处于使能，此时重要的数据就可写到NVRAM。
看门狗输出时间周期(tWD)可以通过软件来实现优化。通过连接电容CWT到CWT管脚和地之间从而设定看门狗输出时间周期。电容值通常由下式确定：
CWT＝tWD*50*10-9
其中，CWT单位为F；tWD单位为秒。最大输出周期受最大可用低漏电容限制。输出时间周期的精度也受电容泄漏和精度的影响。为了保持时间精度，电容的泄漏电流必须低于2mA。
  通过给管脚WDI输入周期性逻辑信号，看门狗电路也能被用作时钟或者频率监视器。如果在比看门狗输出时间周期还长的时间内输入信号没有被激活，信号线将被拉低，表明周期输入中有损失信息。图8是使用LTC2901来实监视一个开关调节器的原理图。其中，3.3V输入、1.8V输出和反馈到LTC1772的电压信号都能得到监视。而且，如果负载电路处于开路状态，LTC1772就切换到Burst模式工作，从而减小了门M1的占空比。如果脉宽超过看门狗的时间输出周期，那么看门狗输出下降表明系统处于低负载运行。

使用LTC2902进行电源电压裕量测试
在高可靠性系统的设计和测试中，验证系统电气元件在额定电源容限范围内正确工作是很必需的。对于LTC2902，有两种方法对其进行测试。第一种方法，让复位非使能管脚拉低，从而强迫输出为高，保持为低，当调节电源电压降到门限以下时，不会产生复位信号。考虑到单电压监视，无论是低还是高，独立比较器输出都应当正常工作。第二种方法，允许通过降低跟踪门限而增大可测试的电压范围。使用数字误差的编程输入(T0，T1)，总的电源容限可以设置为5％、7.5％、10％或者12.5％(表3)。
当联合使用正负可调节输入和容限编程时，外部电阻阻值只需基于5％的容限范围确定即可。因为参考电压VREF相应的成比例变化，所以只要外部电阻的误差容限被确定，其它门限模式(7.5％、10％、12.5％)既可自动确定。图9是使用LTC2902实现不对称滞后电源监视的应用，当电源电压上升时有5％的容限，而当所有电源电压超过5％的门限时具有12.5％的容限。

结语
LTC2900、LTC2901、LTC2902微功耗四电压监视器件在多电压监视应用中带来了很大的灵活性、可靠性和精确性，仅需一个器件即可满足目前和未来的大多数应用场合。可以通过编程实现输入电压组合、正负调节门限。在工作温度范围内，比较器具有1.5％的精度以及内置抗噪功能。即使VCC降到1V，复位逻辑仍然可以保持正确，并具有开路耗散输出和推拉输出两种模式。通过外部电容，可以实现不同的复位定时和看门狗定时。电源裕量具有实时电压门限选择和一个随选复位非使能的特征。