低成本帶電池備份的微處理器監(jiān)控電路：MAX703/MAX704

在微處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，電源監(jiān)控和電池控制功能至關(guān)重要，它們直接影響著系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。今天，我們就來詳細(xì)探討一下 Maxim 公司推出的兩款低成本微處理器監(jiān)控電路——MAX703/MAX704。

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一、產(chǎn)品概述

MAX703/MAX704 微處理器監(jiān)控電路極大地降低了微處理器系統(tǒng)中電源監(jiān)控和電池控制功能所需的復(fù)雜度和元件數(shù)量。與使用單獨(dú)的集成電路或分立元件相比，這些器件顯著提高了系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。它們采用 8 引腳 DIP 和 SO 封裝，具備四大核心功能：

1. 復(fù)位功能：在電源上電、掉電和欠壓條件下提供低電平有效的復(fù)位信號(hào)，確保處理器在穩(wěn)定的狀態(tài)下啟動(dòng)和運(yùn)行。
2. 電池備份切換：為 CMOS RAM、CMOS 微處理器或其他低功耗邏輯電路提供電池備份切換功能，保障數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)。
3. 閾值檢測：具備 1.25V 閾值檢測器，可用于電源故障警告、低電量檢測或監(jiān)控除 +5V 以外的電源。
4. 手動(dòng)復(fù)位輸入：提供低電平有效的手動(dòng)復(fù)位輸入，方便用戶在需要時(shí)手動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)。

兩款產(chǎn)品的主要區(qū)別在于電源電壓監(jiān)控電平，MAX703 在電源電壓降至 4.65V 以下時(shí)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，而 MAX704 則在 4.40V 以下觸發(fā)復(fù)位。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

MAX703/MAX704 的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了計(jì)算機(jī)、控制器、智能儀器以及關(guān)鍵微處理器電源監(jiān)控等多個(gè)領(lǐng)域。在這些對系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求較高的場合，MAX703/MAX704 能夠發(fā)揮重要作用。

三、典型工作電路與特性

（一）典型工作電路

文檔中給出了典型的工作電路圖，包含了未穩(wěn)壓直流電源、穩(wěn)壓 +5V 電源、微處理器、電池等主要元件，清晰展示了 MAX703/MAX704 在實(shí)際應(yīng)用中的連接方式。

（二）產(chǎn)品特性

1. 電池備份電源切換：能夠在主電源故障時(shí)自動(dòng)切換到備用電池，確保系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行。
2. 精確的電源電壓監(jiān)控：MAX703 為 4.65V，MAX704 為 4.40V，精準(zhǔn)的監(jiān)控電平保證了系統(tǒng)在合適的電壓下穩(wěn)定工作。
3. 200ms 復(fù)位脈沖寬度：足夠長的復(fù)位脈沖寬度可以確保處理器有足夠的時(shí)間完成復(fù)位操作，避免復(fù)位不徹底的問題。
4. 去抖的 TTL/CMOS 兼容手動(dòng)復(fù)位輸入：方便用戶手動(dòng)控制復(fù)位，且具備去抖功能，避免因抖動(dòng)產(chǎn)生誤觸發(fā)。
5. 低靜態(tài)電流：正常工作時(shí)靜態(tài)電流為 200μA，電池備份模式下僅為 50nA，有效降低了功耗。
6. 電源故障或低電量警告電壓監(jiān)控：通過閾值檢測功能，及時(shí)發(fā)出警告信號(hào)，讓用戶能夠提前采取措施。
7. 多種封裝形式：提供 8 引腳 DIP 和 SO 封裝，方便不同應(yīng)用場景的選擇。
8. 可靠的復(fù)位斷言：保證在 (V_{CC}=1V) 時(shí)仍能有效輸出復(fù)位信號(hào)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

四、電氣特性

文檔詳細(xì)列出了 MAX703/MAX704 的電氣特性參數(shù)，包括工作電壓范圍、電源電流、輸出電壓、復(fù)位閾值等。這些參數(shù)是我們在設(shè)計(jì)電路時(shí)的重要參考依據(jù)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行合理選擇和調(diào)整。例如，在選擇電源時(shí)，要確保 (V{CC}) 和 (V{BATT}) 在規(guī)定的工作電壓范圍內(nèi)；在考慮功耗時(shí)，要關(guān)注不同模式下的電源電流等。

五、引腳說明

（一）各引腳功能

（二）引腳應(yīng)用注意事項(xiàng)

在實(shí)際應(yīng)用中，要正確連接各引腳，并根據(jù)具體需求進(jìn)行合理配置。例如，當(dāng)不使用 PFI 引腳時(shí)，應(yīng)將其連接到 GND 或 (V_{CC})；MR 引腳在不使用時(shí)應(yīng)保持浮空狀態(tài)等。

六、詳細(xì)工作原理

（一）復(fù)位輸出

微處理器的復(fù)位輸入用于使其處于已知狀態(tài)。MAX703/MAX704 在 (V{CC}) 低時(shí)斷言復(fù)位，防止在電源上電、掉電或欠壓條件下出現(xiàn)代碼執(zhí)行錯(cuò)誤。當(dāng) (V{BATT}) 為 2V 或更高時(shí)，無論 (V{CC}) 如何，RESET 始終有效。上電時(shí)，(V{CC}) 上升，RESET 保持低電平，直到 (V_{CC}) 超過復(fù)位閾值，內(nèi)部定時(shí)器會(huì)使 RESET 再保持低電平 200ms 后變?yōu)楦唠娖健Ｈ绻霈F(xiàn)電源故障或欠壓情況，RESET 會(huì)再次被斷言。

（二）電源故障比較器

PFI 輸入與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng) PFI 低于 1.25V 時(shí)，PFO 輸出低電平。該比較器可作為欠壓檢測器，用于信號(hào)電源故障。在典型工作電路中，通過外部分壓器監(jiān)測未穩(wěn)壓直流電壓，當(dāng)電壓下降到一定程度時(shí)，PFO 可作為中斷信號(hào)通知微處理器進(jìn)行電源掉電準(zhǔn)備。在電池備份模式下，電源故障比較器會(huì)關(guān)閉，PFO 被強(qiáng)制為低電平以節(jié)省電源。

（三）備用電池切換

在欠壓或電源故障時(shí)，為了保存 RAM 中的數(shù)據(jù)，備用電池非常重要。當(dāng) (V{CC}) 低于復(fù)位閾值時(shí)，MAX703/MAX704 會(huì)自動(dòng)將 RAM 切換到備用電源。具體切換過程如下：當(dāng) (V{CC}) 高于復(fù)位閾值時(shí)，(V{CC}) 通過 5Ω 的 p 溝道 MOSFET 電源開關(guān)連接到 VOUT；當(dāng) (V{CC}) 低于復(fù)位閾值時(shí)，(V{CC}) 或 (V{BATT})（取較高者）切換到 VOUT。需要注意的是，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)切換到 VOUT。在電池備份模式下，(V_{BATT}) 連接到 VOUT，內(nèi)部電路由電池供電。

（四）手動(dòng)復(fù)位

手動(dòng)復(fù)位輸入 (MR) 允許通過按鈕開關(guān)激活 RESET。由于復(fù)位脈沖寬度最小為 140ms，可有效消除開關(guān)抖動(dòng)的影響。此外，MR 引腳與 TTL/CMOS 兼容，可由外部邏輯線驅(qū)動(dòng)。

七、應(yīng)用信息

（一）使用超級電容作為備用電源

超級電容具有極高的電容值，在使用時(shí)需要注意 (V{BATT}) 與 (V{CC}) 的電壓差。當(dāng) (V{CC}) 超過 MAX703/MAX704 的復(fù)位閾值時(shí)，(V{BATT}) 超過 (V_{CC}) 的差值不應(yīng)超過 0.6V。文檔中給出了使用 MAX703 和 MAX704 分別搭配不同電壓公差電源的超級電容電路示例，為我們在實(shí)際應(yīng)用中提供了參考。

（二）使用電池和電源作為備用電源

鋰原電池是理想的備用電池選擇，因?yàn)樗鼈兙哂袠O低的自放電率和高能量密度。開路電壓在 3.0V 至 3.6V 之間的單節(jié)鋰電池非常適合與 MAX703/MAX704 配合使用。需要注意的是，開路電壓大于復(fù)位閾值加 0.3V 的電池不能直接作為備用電池使用，否則在 (V_{CC}) 接近復(fù)位閾值時(shí)會(huì)通過二極管向襯底提供電流。

（三）不使用備用電源的情況

如果不使用備用電源，可將 VBATT 接地，并將 (V_{CC}) 直接連接到 VOUT，這樣可以消除內(nèi)部開關(guān)的電壓降。此外，也可以選擇不具備電池備份功能的 MAX705 - MAX708 系列產(chǎn)品。

（四）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)輸入電壓接近比較器觸發(fā)點(diǎn)時(shí) PFO 反復(fù)觸發(fā)。文檔中給出了具體的電路實(shí)現(xiàn)方法，通過選擇合適的電阻比例和添加電容，可以有效提高比較器的穩(wěn)定性。

（五）監(jiān)控負(fù)電壓

電源故障比較器也可以用于監(jiān)控負(fù)電壓。文檔中提供了相應(yīng)的電路，當(dāng)負(fù)電源正常時(shí)，PFO 輸出低電平；當(dāng)負(fù)電源電壓下降時(shí)，PFO 輸出高電平。需要注意的是，該電路的準(zhǔn)確性受 PFI 閾值公差、(V_{CC}) 電壓和電阻值的影響。

（六）確保低至 (V_{CC}=0V) 時(shí) RESET 輸出有效

當(dāng) (V_{CC}) 低于 1V 時(shí)，MAX703/MAX704 的 RESET 輸出不再吸收電流，變?yōu)殚_路狀態(tài)。為了確保 RESET 引腳保持低電平，可以在 RESET 引腳添加下拉電阻，阻值約為 100kΩ。

（七）更換備用電池

在 (V{CC}) 正常的情況下，可以直接更換備用電池而不會(huì)觸發(fā)復(fù)位。只要 (V{CC}) 保持在復(fù)位閾值以上，就不會(huì)進(jìn)入電池備份模式。這是相比于一些切換集成電路的優(yōu)勢，避免了在 (V{CC}) 和 (V{BATT}) 電壓相近時(shí)觸發(fā)復(fù)位的問題。

（八）使用電源故障比較器觸發(fā)復(fù)位

除了在 (V{CC}) 復(fù)位閾值電壓觸發(fā)復(fù)位外，還可以在 PFI 輸入閾值電壓觸發(fā)復(fù)位。將 PFO 連接到 MR，當(dāng)監(jiān)控電源電壓下降到用戶指定的閾值或 (V{CC}) 低于復(fù)位閾值時(shí)，可觸發(fā)復(fù)位脈沖。為了提高抗干擾能力，可以在 PFI 和 GND 之間添加電容。

八、總結(jié)

MAX703/MAX704 是兩款功能強(qiáng)大、性能可靠的微處理器監(jiān)控電路，它們在降低系統(tǒng)復(fù)雜度、提高系統(tǒng)可靠性方面具有顯著優(yōu)勢。通過合理選擇和應(yīng)用這兩款產(chǎn)品，以及根據(jù)具體需求進(jìn)行相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)和優(yōu)化，我們可以為微處理器系統(tǒng)提供更加穩(wěn)定和可靠的電源監(jiān)控和電池控制解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，你是否遇到過類似產(chǎn)品應(yīng)用的挑戰(zhàn)呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。