LTC2900型四电源监控器的原理及应用电路

LTC2900型四电源监控器的原理及应用电路

l 引言
    为了保证系统安全可靠地工作，硬件电路的电源电压不能超过其允许范围。如果缺乏电源电压监控功能，那么电源电压波动会造成系统工作不正常，因此增加电源监控功能是非常必要的。LTC2900是凌特公司生产的高精度、小体积电源监控器，它能为电信设备、网络服务器、台式电脑和笔记本电脑等提供精确电压监控和系统复位等功能。当检测到电源发生异常时，LTC2900能够及时发出告警信号，同时采取必要保护措施，确保系统长期安全可靠地工作。

2 LTC2900的特点及工作原理
2.1 性能特点
    LTC2900采用MSOP和DFN封装，内部集成了矩阵分配器、A/D转换器、缓冲器、带隙基准稳压源、电源检测电路、脉冲发生器、比较器及各种逻辑门等，其内部结构框图如图1所示，表l列出LTC2900的引脚功能。

    LTC2900的性能特点如下：
    (1)可同时对4个电源系统进行监控；
    (2)共有5 V、3.3 V、3 V、2.5 V、1.8 V、1.5 V等6种门限电压可供用户选择，预置门限电压在整个温度范围内的误差小 于±1.5％；
    (3)漏极开路复位输出(LTC2900-1)；
    (4)推拉式复位输出(LTC2900-2)；
    (4)防按键抖动复位输入功能，允许组成多个电路的菊花链电压监控；
    (5)复位延迟时间可用1只外部电容器调节；
    (6)超低功耗，典型静态工作电流仅为43μA。
2.2 工作原理
2.2.1 上电复位
    Vl、V2中数值较大者为芯片内部电路提供电源电压VCC上电时，VCC首先给RST引脚的驱动电路供电，一旦Vl或V2达到1 V，则RST引脚输出低电平，产生复位信号，避免电源电压达到安全门限之前系统执行错误的指令。当4个输入电压都高于其设置门限值时，内部定时器启动，同时RST引脚输出高电平，系统进入正常工作状态。
2.2.2 监控器设置
    LTC2900输入电压的组合通过VREF引脚与GND引脚之间的外接电阻分压器来选择。上电过程中，一旦Vl或V2达到2.4V(最大值)，监控器进入150μs的设置期，同时对VPG引脚上的电压进行采样。设置完成后，内部比较器立即使能，开始监控电源。
2.2.3 电源监控
    4个输入电压都必须高于其预置的门限电压，避免监控器执行复位操作。LTC2900将在上电、断电和降压省电条件下根据输入电压的大小确定复位输出。如果选择了正可调模式，V3或V4比较器的反相输入设置为0.5 V，正电压与地之间连接电阻分压器，中间点接比较器的同相输入端，如图2所示。跳电压由式(1)计算：

    VTRIP=0.5（1+R3/R4）    （1）   

    在负可调模式中．V4比较器的同相输入端接地，负电压与VREF引脚间连接电阻分压器，中间点接比较器的反相输入端，如图3所示。跳电压由式(2)计算：

   
    为了提高输入比较器的抗干扰能力，建议在Vl和V2的输入端各并联一只高频旁路电容器。
2.2.4 断电
    一旦其中一组电压Vx低于其设置门限值，则RST引脚输出低电平，发出告警信号使系统立即复位。当VCC升至2.4 V(最大值)时，器件将重新进行设置。
    LTC2900的工作时序如图4所示，清楚地说明要检测的输入电压Vl变化时RST输出电平相应的变化情况，同时也表明手动复位时(PBR端接低电平)RST输出电平的变化情况。VRTX为输入电压门限值，tRST为复位延迟时间，当CRT=47 nF时，复位延迟时间约216 ns。

3 LTC2900关键电路设计要点
3.1 监控器输出上升和下降时间的估算
    如果已知外接负载的电容(CLOAD)，则输出下降时间(10％～90％)由式(4)估算：

   
    式中，CLOAD为负载电容；RPD是下拉晶体管的导通电阻，约为40 Ω。当负载电容为150 pF时，输出下降时间约为13.2 ns。
    虽然LTC2900-1的RST脚内部为漏极开路输出，但它不具备弱上拉能力。其输出上升时间(10％～90％)由式(5)估算：

   
    式中CLOAD为负载电容；RPU是上拉晶体管的导通电阻，可利用式(6)估算：

   
    举例说明：已知CLOAD=150 pF，V2=3.3 V，由上式可求出RPU≈260 kΩ，tRISE≈86μs。采用10 kΩ的上拉电阻器，在负载电容CLOAD为150 pF条件下，上升时间可减至3.3 μs。
    LTC2900-2的RST引脚内部具有一个上拉电路，它比LTC2900-1的上拉能力强得多。其RPU估算值约625 Ω，当负载电容为150 pF时，上升时间约为206ns。
3.2 复位定时电容的选择
    RST引脚与地之间连接1只电容器CRT，用于调整复位延迟时间tRST，以满足不同场合的应用要求。
由式(7)可得到电容器CRT的容值：

   
    当CRT引脚悬空时，监控器产生约50μs的延时。最大延迟时间受电容器漏电电流和容值大小的影响，建议采用漏电参数较小的陶瓷电容器。
3.3 在VCC低至0 V的情况下确保复位有效
    有些场合要求复位输出(RST)在VCC低至0V的情况下有效。LTC2900-2的RST引脚可通过1只外部电阻器接地，将杂散电荷泄放出去，当与CMOS器件的逻辑输入端相连时，防止RST引脚电平浮动不定。该电阻器的阻值不能太大，否则无法获得良好的下拉作用。在大多数应用中，阻值取100 kΩ即可满足要求。

4 应用实例
4.1 带手动复位功能的四电源监控器
    在LTC200-l的PBR引脚外接1个按键开关SW可实现系统手动复位功能，如图5所示。LED为监控指示灯，CBT为复位延迟电容器，SW为手动复位按钮，当检测到有按键按下时，电路内部的10μA电流源直接将PBR引脚上拉到VCC，强迫系统复位。

4.2 低压八电源监控器
    在多组电源供电系统中，需要对系统中的每组电源电压进行监控。当任何一组电源电压发生故障时，都需要产生复位信号，使系统重新复位。为了实现这种功能，可以利用LTC2900-2的手动复位功能，组成多个电路的菊花链电压监控。
    图6示出由2个LTC2900-2组成的八电源监控器电路。当1 V、3 V、5 V、12 V电源电压中任何一组发生故障时，LCl产生有效复位信号，并通过IC2的手动复位输入引脚产生复位信号，使系统复位：当-5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V电源电压中任何一组发生故障时，IC2产生复位信号，使系统复位。

5 结束语
    LTC2900能对硬件电路的多个电源电压进行实时采集和监控，确保系统安全、可靠地工作。采用LTC2900设计的多电源监控电路。具有外围电路简单，使用灵活，成本低廉，可靠性高等优点，可广泛应用于电信设备、网络服务器、台式电脑和笔记本电脑等领域。