无毛刺电压监控器IC——是概念还是现实？
发布日期:2022-12-06
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作者：ADI核心产品事业部工程师Suryash Rai
可靠的电压监控器IC，一直是工业界的行业需求。因为它可以提高系统可靠性，并在电压瞬变和电源故障时提升系统性能。当前，半导体制造商都在不断提高电压监控器IC的性能，以寻求突破。
监控器IC需要一个称为上电复位（VPOR）的最低电压来生成明确或可靠的复位信号，而在此最低电源电压到来之前，复位信号的状态是不确定的。一般来说，将其称之为复位毛刺。
复位引脚主要有两种不同的拓扑结构，即开漏和推挽（图1）。两种拓扑结构都使用NMOS作为下拉MOSFET。
图1、显示了复位拓扑的开漏配置和推挽配置
上电期间，如果电源电压低于VPOR，就没有足够的电压能驱动内部MOSFET工作，因此MOSFET关闭。此时，监控器无法对复位电压进行控制。复位电压将与上拉电压（VPULLUP）成比例上升。而一旦电源电压高于VPOR，内部MOSFET将驱动RESET引脚进入有效状态。
图2、显示了复位电压如何与上拉电压（VPULLUP）成比例上升，从而导致通常所说的复位毛刺。
电压监控器可用于监控FPGA、ASIC或DSP的低电源轨，其电压可低至1V。在低供电电压处理器中，I/O的逻辑电平非常敏感，其VIH可低至0.5V，如图3所示。
上电期间，FPGA、ASIC或DSP需要处于RESET状态，直到所有电源轨稳定。当VDD低于VPOR时，RESET引脚可能会出现毛刺，该毛刺可能会触发FPGA的未知状态。一旦VDD高于VPOR，内部MOSFET就会开启并将RESET连接到GND，并使RESET引脚输出正确的逻辑低电平。
图3、显示了监控器与低供电电压ASIC/FPGA/DSP的接口
图3、显示了监控器与低供电电压ASIC/FPGA/DSP的接口
图4、显示了带毛刺复位信号的上电时序。
随着电子行业向低压半导体发展，模拟芯片制造商也在传统监控器的基础上努力实现无毛刺监控器。制造商可以通过改进工艺来降低VPOR，但实现真正的无毛刺监控器需要一个全新的架构。
目前，系统工程师使用带有传统监控器的外部电路来模拟图5所示的无毛刺监控功能。添加一个配置为源极跟随器的标准JFET可以实现这一功能，源极的电压将取决于栅极电压VG与JFET阈值电压的差。JFET阈值电压会在VG和VOUT之间产生大约1V的压降，从而避免监控器的输出电压在内部MOSFET关断时升高，直到监控器的内部MOSFET开始正常工作。
图5、显示了一个带有外部P-JFEF的传统监控器，可实现无毛刺工作。
真正的无毛刺监控器可以通过复位吸入电流，即使当VCC为零时也会将复位引脚强制拉到接地电位。图6显示了一种真正无毛刺监控器的示例电路。ADI的MAX16161/MAX16162无需任何外部组件即可实现无毛刺工作，小巧且经济。
图6、MAX16162的应用示意图和相应的时序图
总结：
真正的无毛刺监控器IC不再只是一个概念。设计人员现在已拥有了一款可在零电源电压下产生可靠复位信号的监控器IC，使系统工程师能够使用该IC来监控低供电压（低于1V）的电子器件。而且MAX16161/MAX16162为微型nanoPower IC，静态电流仅为825nA，有助于延长系统电池寿命。
关于作者
Suryash Rai自2016年以来一直在Maxim Integrated®（现为ADI公司的一部分）担任应用工程师，负责支持电压监控器和电源保护产品。他拥有卡纳塔克邦国家技术学院的通信工程硕士学位。Suryash目前居住在班加罗尔，爱好烹饪、旅行和交友。
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