深入解析MAX16016/MAX16020/MAX16021：低功耗微處理器監控電路的卓越之選

在電子設備的設計中，微處理器（μP）的穩定運行至關重要。為了確保系統的可靠性和數據的安全性，常常需要使用監控電路來對電源進行監測和管理。MAX16016/MAX16020/MAX16021系列低功耗μP監控電路就是這樣一款優秀的產品，它不僅具備多種監控功能，還集成了電池備份電路和芯片使能門控，為基于微處理器的系統提供了全面的保護。

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產品概述

MAX16016/MAX16020/MAX16021主要用于監控電源，提供電池備份控制和芯片使能（CE）門控，以保護基于微處理器系統中的內存寫入。這些低功耗設備通過在一個小型單芯片解決方案中提供多種監控功能，提高了系統的可靠性。它們可以監測5V、3.3V、3V、2.5V或1.8V的電源電壓，工作電壓范圍為1.53V至5.5V，具有低至1.2μA的電源電流（電池備份模式下為0.25μA）。

產品特性

1. 寬電源電壓監測范圍：可對5V、3.3V、3V、2.5V或1.8V的電源電壓進行監測，適用于多種不同電壓需求的系統。
2. 低功耗設計：工作時電源電流低至1.2μA，在電池備份模式下更是低至0.25μA，大大降低了系統的功耗，延長了電池的使用壽命。
3. 多種監控功能
   • 復位功能：在VCC電源上電、掉電和欠壓條件下提供μP復位輸出，確保微處理器在電源不穩定時能夠正確復位，避免出現代碼執行錯誤。
   • 電池備份控制：當主電源去除時，能夠自動控制VCC到電池備份的切換，維持內存、實時時鐘（RTC）和其他數字邏輯的數據或低功耗運行。
   • 內存寫保護：在欠壓時通過內部芯片使能門控提供內存寫保護，防止在電源異常時寫入錯誤的數據到CMOS RAM中。
   • 其他功能：還具備看門狗定時器、電源故障比較器、低線指示器、電池狀態指示等功能，為系統提供了全面的保護和監控。
4. 快速響應時間：復位超時時間最短為145ms，能夠及時響應電源變化，快速復位系統；CE信號傳播延遲僅為1.5ns，可與大多數微處理器和高速DSP配合使用。
5. 小尺寸封裝：采用10引腳TDFN或16引腳TQFN封裝，節省了電路板空間，適合于對空間要求較高的應用場景。
6. 高可靠性：通過UL認證，符合IEC 60950 - 1標準；工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，能夠適應不同的工作環境。

產品功能詳解

1. 備份電池切換 在電源故障或欠壓時，為了保存RAM中的數據，MAX16016/MAX16020/MAX16021會在滿足兩個條件（VCC低于復位閾值且VCC低于VBATT）時，自動將RAM切換到備份電池供電。此時，BATTON輸出變為高電平，指示系統進入電池備份模式。需要注意的是，設備在只有BATT有電壓時不會上電，OUT在啟動時僅由VCC供電。
2. CE信號門控 MAX16020/MAX16021提供內部CE信號門控，在正常操作時，CE門允許所有CE信號通過；當復位輸出有效時，該路徑被禁用，防止錯誤數據寫入CMOS RAM。CEOUT通過內部電流源上拉到OUT，CEIN到CEOUT的1.5ns傳播延遲使得這些器件可用于大多數微處理器和高速DSP。
3. 低線輸出（LL） 低線比較器以通常比復位閾值高2.5%的閾值電壓監測VCC。在欠壓時，LL會在復位之前有效，可用于在電壓開始下降時向微處理器提供不可屏蔽中斷（NMI），以啟動有序的軟件關機程序。
4. 手動復位輸入 許多基于微處理器的產品需要手動復位功能，MAX16016/MAX16020/MAX16021通過將MR引腳拉低來實現復位。MR內部通過一個30kΩ上拉電阻連接到VCC，可使用TTL/CMOS邏輯電平或開漏/集電極輸出驅動。在使用長電纜驅動MR或在嘈雜環境中使用時，可連接一個0.1μF電容從MR到GND以提供額外的抗干擾能力。
5. 看門狗定時器 看門狗定時器通過WDI輸入監測微處理器的活動。如果微處理器停止活動，在MAX16016中復位輸出會脈沖式有效，在MAX16020/MAX16021中看門狗輸出（WDO）會變為低電平。通過將WDI連接到總線或微處理器I/O線來使用看門狗功能，若WDI在看門狗超時時間內保持高電平或低電平，內部看門狗定時器將溢出，觸發相應的復位或輸出動作。可通過不連接WDI或使連接到WDI的驅動器處于三態來禁用看門狗功能。
6. 電池測試功能和BATTOK指示（MAX16020/MAX16021） MAX16020/MAX16021具備電池測試功能，在施加VCC后1.235s以及此后每24小時對電池電壓進行一次測試。測試時，內部一個100kΩ電阻連接到BATT，監測電池電壓是否高于2.6V。如果電池電壓低于2.6V，BATTOK輸出將變為低電平，指示電池電量不足。MAX16020還有一個BATT_TEST輸出，在電池電壓測試期間會脈沖式變高。
7. 電池新鮮度密封模式 該模式可防止備份電池在未施加VCC時與內部電路和OUT連接，確保最終產品首次使用時連接到BATT的備份電池是新鮮的。當VCC首次上電時，內部新鮮度密封鎖存器被設置，此后VCC關閉時，BATT開始為OUT供電。如需重新啟用新鮮度密封模式，可按特定步驟操作（連接電池到BATT，將VCC置為0V，將MR驅動高于VBATT + 1.2V至少3μs，將OUT拉至0V）。
8. 復位輸出 復位輸出用于在電源上電、掉電和欠壓時防止代碼執行錯誤，確保微處理器從已知狀態開始。根據所選設備，復位輸出可以是邏輯低電平或邏輯高電平。當VCC低于復位閾值時，RESET或RESET有效，并在VCC高于復位閾值后至少保持145ms有效。此外，當MR為低電平時，復位輸出也會有效。
9. 電源故障比較器 電源故障比較器監測PFI引腳的電壓，當電壓低于其VPFT閾值時，PFO輸出變為低電平。該比較器常用于在電壓調節之前監測電源（如電池），以提供早期電源故障警告，使軟件能夠進行有序的系統關機。其典型輸入滯后為VPFT - HYS，并且由OUT供電，與復位電路獨立。

應用信息

1. 監測額外電源 通過使用電阻分壓器連接到PFI，MAX16016/MAX16020/MAX16021可以監測正電源或負電源。PFO可用于生成微處理器的中斷或觸發復位。監測負電源時，將電阻分壓器的頂部連接到VCC，底部連接到要監測的負電壓。
2. 為PFI增加滯后 電源故障比較器具有典型的輸入滯后VPFT - HYS，對于大多數通過外部分壓器監測電源線的應用來說已足夠。如需增加滯后，可通過選擇合適的電阻R1、R2和R3來實現。電阻R3通常比R1或R2大一個數量級，且應大于50kΩ以防止對PFO造成負載。
3. 電池開啟指示（推挽版本） 在電池備份模式下，BATTON輸出變為高電平，可用于指示電池切換狀態或為外部通晶體管提供基極驅動，以滿足更高電流的應用需求。
4. 無備份電源的操作 如果不使用備份電源，可將BATT連接到GND，將OUT連接到VCC。
5. 更換備份電池 當VCC高于復位閾值時，可以安全地移除備份電源，而不會觸發復位脈沖。因為只有當VCC低于復位閾值時，設備才會進入電池備份模式。
6. 負向VCC瞬變 MAX16016/MAX16020/MAX16021對短時間的負向VCC瞬變具有一定的抗干擾能力。為了提供額外的瞬態抗干擾能力，可在VCC附近安裝一個0.1μF的旁路電容。

選型指南

MAX16016/MAX16020/MAX16021系列有多種型號可供選擇，不同型號在邏輯輸出類型、功能配置等方面有所差異。例如，MAX16016有推挽和開漏兩種復位輸出類型，而MAX16020/MAX16021除了復位輸出類型可選外，還具備更多的功能，如電池測試、低線輸出、芯片使能等。在選型時，需要根據具體的應用需求，綜合考慮邏輯輸出類型、是否需要特定功能等因素來選擇合適的型號。

總結

MAX16016/MAX16020/MAX16021系列低功耗μP監控電路以其豐富的功能、低功耗設計、小尺寸封裝和高可靠性，為基于微處理器的系統提供了全面而有效的電源管理和監控解決方案。無論是在工業控制、GPS系統、機頂盒、銷售點設備，還是便攜式/電池供電設備等領域，都能夠發揮重要的作用，保障系統的穩定運行和數據的安全。電子工程師在設計相關系統時，可以根據具體的應用場景和需求，合理選擇和使用這些產品，以提高系統的性能和可靠性。你在實際應用中是否也遇到過類似的電源管理和監控問題呢？是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。