MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 微處理器監(jiān)控電路詳解

在微處理器（μP）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電源監(jiān)控和電池控制功能至關(guān)重要，它們直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。今天我們要探討的 MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 系列芯片，就是解決這些問題的得力助手。

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芯片概述

MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 芯片能夠顯著降低微處理器系統(tǒng)中電源監(jiān)控和電池控制所需的復(fù)雜度和元件數(shù)量。與分立的集成電路或離散元件相比，它能極大地提高系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。這些芯片主要具備以下四大功能：

1. 復(fù)位輸出：在電源上電、掉電以及欠壓等情況下提供復(fù)位輸出，確保微處理器能從已知的初始狀態(tài)開始工作。
2. 電池備份切換：可為 CMOS RAM、CMOS μP 或其他低功耗邏輯電路提供電池備份切換功能，在主電源故障時(shí)保證數(shù)據(jù)的完整性。
3. 看門狗定時(shí)器：若可選的看門狗定時(shí)器在 1.6 秒內(nèi)未被觸發(fā)，將產(chǎn)生復(fù)位脈沖，防止微處理器出現(xiàn)程序跑飛的情況。
4. 電壓檢測(cè)：具備 1.25V 閾值檢測(cè)器，可用于電源故障預(yù)警、低電量檢測(cè)，或者監(jiān)測(cè)除 +5V 之外的其他電源。

不同型號(hào)的芯片在復(fù)位電壓閾值和復(fù)位輸出上有所差異。例如，MAX690A/MAX802L/MAX805L 在電源電壓降至 4.65V 以下時(shí)產(chǎn)生復(fù)位脈沖，而 MAX692A/MAX802M 則在 4.40V 以下產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)。MAX802L/MAX802M 能保證電源故障檢測(cè)精度達(dá)到±2%。MAX805L 與 MAX690A 基本相同，只是提供的是高電平有效的復(fù)位輸出（RESET）。

芯片特性

高精度電源電壓監(jiān)控

• MAX690A/MAX802L/MAX805L 的復(fù)位閾值為 4.65V。
• MAX692A/MAX802M 的復(fù)位閾值為 4.40V。

復(fù)位時(shí)間延遲

復(fù)位脈沖寬度為 200ms，確保微處理器有足夠的時(shí)間完成復(fù)位操作。

看門狗定時(shí)器

超時(shí)時(shí)間為 1.6s，能及時(shí)檢測(cè)微處理器的異常狀態(tài)。

電池備份電源切換

支持電池備份電源切換功能，保證系統(tǒng)在主電源故障時(shí)能繼續(xù)工作。

低靜態(tài)電流

• 靜態(tài)電源電流為 200μA，功耗較低。
• 電池備份模式下的靜態(tài)電源電流僅為 50nA，進(jìn)一步降低了電池的消耗。

電源故障或低電量預(yù)警

具備電壓監(jiān)測(cè)功能，可及時(shí)發(fā)出電源故障或低電量預(yù)警信號(hào)。

高可靠性

• MAX802L/M 保證電源故障檢測(cè)精度達(dá)到±2%。
• 保證在 (V_{CC}=1V) 時(shí)，復(fù)位信號(hào)仍然有效。

多種封裝形式

提供 8 引腳的 DIP 和 SO 封裝，方便不同應(yīng)用場(chǎng)景的選擇。

引腳配置與功能

這些芯片的引腳配置相似，但部分引腳功能可能因型號(hào)而異。下面是主要引腳的功能介紹：

1. VOUT：為 CMOS RAM 提供供電輸出。當(dāng) (V{CC}) 高于復(fù)位閾值時(shí)，(V{OUT}) 通過 P 溝道 MOSFET 開關(guān)連接到 (V{CC})；當(dāng) (V{CC}) 低于復(fù)位閾值時(shí)，(V{CC}) 或 (V{BATT}) 中較高的電壓將連接到 (V_{OUT})。
2. (V_{CC})：+5V 電源輸入引腳。
3. GND：接地引腳。
4. PFI：電源故障比較器輸入引腳。當(dāng) PFI 的電壓低于 1.25V 時(shí)，PFO 輸出低電平。若該引腳不使用，可將其連接到 GND 或 (V_{CC})。
5. PFO：電源故障輸出引腳。當(dāng) PFI 的電壓低于 1.25V 時(shí)，PFO 輸出低電平；否則 PFO 保持高電平。
6. WDI：看門狗輸入引腳。如果 WDI 引腳在 1.6 秒內(nèi)保持高電平或低電平不變，內(nèi)部看門狗定時(shí)器將超時(shí)，觸發(fā)復(fù)位信號(hào)。若 WDI 引腳懸空或連接到高阻抗的三態(tài)緩沖器，看門狗功能將被禁用。
7. RESET：復(fù)位輸出引腳。當(dāng)復(fù)位信號(hào)被觸發(fā)時(shí)，該引腳將輸出 200ms 的低電平脈沖。當(dāng) (V{CC}) 低于復(fù)位閾值時(shí)，RESET 保持低電平；當(dāng) (V{CC}) 上升到復(fù)位閾值以上后，RESET 仍將保持低電平 200ms。看門狗定時(shí)器超時(shí)也會(huì)觸發(fā) RESET 信號(hào)。
8. (V_{BATT})：備份電池輸入引腳。當(dāng) (V{CC}) 低于復(fù)位閾值且 (V{BATT}) 比 (V{CC}) 高 20mV 時(shí)，(V{BATT}) 將切換連接到 (V{OUT})；當(dāng) (V{CC}) 上升到比 (V{BATT}) 高 20mV 時(shí)，(V{OUT}) 將重新連接到 (V{CC})。40mV 的遲滯特性可防止 (V{CC}) 緩慢下降時(shí)出現(xiàn)反復(fù)切換的情況。

工作原理與應(yīng)用

復(fù)位輸出

復(fù)位輸出功能對(duì)于微處理器的正常啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在電源上電時(shí)，一旦 (V{CC}) 達(dá)到 1V，RESET 引腳將被保證為邏輯低電平。隨著 (V{CC}) 的升高，RESET 保持低電平；當(dāng) (V{CC}) 超過復(fù)位閾值時(shí)，內(nèi)部定時(shí)器將使 RESET 保持低電平一段時(shí)間，這段時(shí)間等于復(fù)位脈沖寬度（200ms），之后 RESET 變?yōu)楦唠娖健Ｔ陔娫吹綦娀蚯穳呵闆r下，若 (V{CC}) 低于復(fù)位閾值，RESET 將再次被觸發(fā)，輸出低電平脈沖。此外，看門狗定時(shí)器超時(shí)也會(huì)觸發(fā) RESET 信號(hào)。

看門狗輸入

看門狗電路用于監(jiān)測(cè)微處理器的活動(dòng)。如果微處理器在 1.6 秒內(nèi)沒有對(duì)看門狗輸入（WDI）引腳進(jìn)行翻轉(zhuǎn)操作，將觸發(fā)復(fù)位脈沖。內(nèi)部的 1.6 秒定時(shí)器可以被復(fù)位脈沖或 WDI 引腳的開路操作清零。只要復(fù)位信號(hào)被激活或 WDI 引腳開路，定時(shí)器將保持清零狀態(tài)，不進(jìn)行計(jì)數(shù)。一旦復(fù)位信號(hào)釋放或 WDI 引腳被驅(qū)動(dòng)為高電平或低電平，定時(shí)器將開始計(jì)數(shù)。該電路能夠檢測(cè)到短至 50ns 的脈沖。

電源故障比較器

PFI 輸入引腳與內(nèi)部的 1.25V 參考電壓進(jìn)行比較。當(dāng) PFI 的電壓低于 1.25V 時(shí)，PFO 輸出低電平。電源故障比較器可作為欠壓檢測(cè)器，用于檢測(cè)電源故障并向微處理器發(fā)出信號(hào)。通過外部電壓分壓器驅(qū)動(dòng) PFI 引腳，可以檢測(cè) +5V 穩(wěn)壓器的未調(diào)節(jié)直流輸入電壓。合理選擇電壓分壓器的比例，可使 PFI 引腳的電壓在 +5V 穩(wěn)壓器即將失效之前降至 1.25V 以下，此時(shí) PFO 觸發(fā)中斷，通知微處理器為電源掉電做準(zhǔn)備。當(dāng) (V{BATT}) 連接到 (V{OUT}) 時(shí)，為了節(jié)省備份電池的電量，電源故障檢測(cè)器比較器將關(guān)閉，PFO 被強(qiáng)制為低電平。

備份電池切換

在電源欠壓或故障的情況下，為了保存 RAM 中的數(shù)據(jù)，需要使用備份電池。當(dāng)在 (V{BATT}) 引腳安裝備份電池后，一旦 (V{CC}) 失效，芯片將自動(dòng)將 RAM 切換到備份電源。只要 (V{CC}) 超過復(fù)位閾值，(V{OUT}) 通過 5Ω 的 PMOS 功率開關(guān)連接到 (V{CC})；當(dāng) (V{CC}) 低于復(fù)位閾值時(shí)，(V{CC}) 或 (V{BATT}) 中較高的電壓將切換連接到 (V{OUT})。與 MAX690/MAX692 不同的是，只有當(dāng) (V{CC}) 低于復(fù)位閾值且 (V{BATT}) 大于 (V{CC}) 時(shí)，(V{BATT}) 才會(huì)通過 80Ω 的開關(guān)連接到 (V{OUT})。

應(yīng)用注意事項(xiàng)

使用超級(jí)電容作為備份電源

超級(jí)電容具有極高的電容值（通常為 0.1F 左右），可作為備份電源使用。在使用超級(jí)電容時(shí)，要注意其電壓不能超過最大復(fù)位閾值 0.6V。對(duì)于 MAX690A/MAX802L/MAX805L，(V{CC}) 不能超過 (4.75V + 0.6V = 5.35V)。對(duì)于 MAX692A 或 MAX802M 以及±10%的電源，可使用特定的電路確保超級(jí)電容僅充電到 (V{CC}-0.5V)。

允許的備份電池電壓

不同型號(hào)的芯片對(duì)備份電池的電壓有不同的要求。MAX690A/MAX802L/MAX805L 的最大備份電池電壓為 4.80V，MAX692A/MAX802M 的最大備份電池電壓為 4.55V。

無(wú)備份電源的操作

如果不使用備份電源，可將 (V{BATT}) 接地，并將 (V{out}) 直接連接到 (V{CC})。這樣可以避免因?yàn)榍袚Q備份電源而產(chǎn)生的電壓降，確保 (V{OUT}) 不會(huì)低于 (V_{CC})。

更換備份電池

在 (V{CC}) 保持有效的情況下，可以安全地移除備份電池，而不會(huì)觸發(fā)復(fù)位信號(hào)。只要 (V{CC}) 高于復(fù)位閾值，就不會(huì)進(jìn)入電池備份模式。

為電源故障比較器添加遲滯

為電源故障比較器添加遲滯可以增加噪聲容限，防止當(dāng) (V{IN}) 接近其觸發(fā)點(diǎn)時(shí) PFO 信號(hào)反復(fù)觸發(fā)。通過合理選擇電阻 (R{1})、(R{2}) 和 (R{3}) 的比例，可以實(shí)現(xiàn)這一功能。

監(jiān)測(cè)負(fù)電壓

利用電源故障比較器的特性，可以使用特定的電路來(lái)監(jiān)測(cè)負(fù)電源軌。當(dāng)負(fù)電源軌正常時(shí)，PFO 輸出低電平；當(dāng)負(fù)電源軌性能下降時(shí)，PFO 輸出高電平。但需要注意的是，該電路的精度會(huì)受到 PFI 閾值公差、(V_{CC}) 線路和電阻的影響。

與具有雙向復(fù)位引腳的微處理器接口

對(duì)于具有雙向復(fù)位引腳的微處理器（如 Motorola 68HC11 系列），可能會(huì)與芯片的 RESET 輸出產(chǎn)生沖突。為了解決這個(gè)問題，可以在 RESET 輸出和微處理器的復(fù)位 I/O 引腳之間連接一個(gè) 4.7kΩ 的電阻，并對(duì) RESET 輸出進(jìn)行緩沖處理，以確保信號(hào)的穩(wěn)定性。

總結(jié)

MAX690A/MAX692A/MAX802L/MAX802M/MAX805L 系列芯片為微處理器系統(tǒng)的電源監(jiān)控和電池控制提供了全面而可靠的解決方案。它們具有高精度的電壓監(jiān)測(cè)、可靠的復(fù)位功能、靈活的電池備份切換以及有效的看門狗保護(hù)等特性，能夠顯著提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求選擇合適的型號(hào)，并注意相關(guān)的應(yīng)用注意事項(xiàng)，以充分發(fā)揮這些芯片的優(yōu)勢(shì)。你在使用這些芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。