Если дрейф входного напряжения микропроцессора или микроконтроллера приближается к границам рабочего диапазона напряжений, супервизор должен корректно выключить микропроцессор или перевести его в состояние сброса, предупредив потерю данных. Статья посвящена особенностям применения высокоточных многоканальных супервизоров MAX16132…MAX16135 производства компании Maxim Integrated (в 2021 году вошла в состав Analog Devices) и технологии выбора для них корректных значений порогов и гистерезиса.
По мере стремления промышленности к низковольтным микропроцессорам, DSP и ПЛИС сужаются диапазоны требуемых напряжений источников питания. Это увеличивает потребность в источниках питания с высокой точностью и супервизорах напряжений. Микросхемы MAX16132-MAX16135 представляют собой высокоточные многоканальные супервизоры диапазонов напряжений с предустановленными на заводе пороговыми значениями максимального и минимального напряжений.
Если входное напряжение питания в системах с низким рабочим напряжением плавает вокруг порогового значения, микропроцессор, DSP или ПЛИС должны успевать переходить на заданную процедуру выключения или сброса до потери данных. В этом случае супервизоры напряжения играют критически важную роль, позволяя обнаруживать дрейф напряжения и генерируя сигнал сброса на микропроцессор.
Типовая схема подключения
На рисунке 1 показана типовая схема подключения супервизора MAX16132 для мониторинга шины питания ядра микропроцессора. Напряжение на этой шине VCORE=1,2 В формируется LDO-стабилизатором из общей шины 3,3 В. Когда выходное напряжение LDO-стабилизатора выходит за допустимые пределы диапазона напряжений для микропроцессора, MAX16132 удерживает микропроцессор в состоянии сброса.
Рис. 1. Типовая схема подключения супервизора напряжения
Особенности микросхем
MAX16132–MAX16135 – это низковольтные 1-, 2-, 3- или 4-канальные супервизоры напряжений, способные отслеживать выход напряжения за пределы допустимого диапазона с точностью ±1%. При разработке надежного решения для мониторинга напряжения необходимо учитывать следующие ключевые параметры:
- Пороговые значения максимального и минимального напряжений;
- Точность порогов;
- Гистерезис;
- Период сигнала сброса после восстановления напряжения;
- Устойчивость к шумам.
Пороговые значения максимального и минимального напряжений
У большинства микросхем супервизоров пороговые значения задаются либо внутренними, либо внешними резистивными делителями с определенной погрешностью, указанной в спецификации микросхем. Семейство MAX16132-MAX16135 работает иначе: выбор номинального входного напряжения не определяет пороговый уровень, то есть при номинальном напряжении (VINNOM) эти микросхемы не генерируют сброс. Вместо этого MAX16132-MAX16135 мониторят входное напряжение на выход за пределы диапазона, который выбирается допустимым разбросом значений. Генерация сигнала сброса происходит только в случае, когда входное напряжение выходит за пределы этого заданного диапазона. Разброс значений на входе (TOL) может быть установлен от ±4 до ±11% от номинального входного напряжения с шагом 1%. Ниже приведен пример расчета максимального и минимального значений напряжения источника питания с номинальным напряжением 1,2 В (рисунок 2).
Рис. 2. Области выхода напряжений за пределы допустимого диапазона для MAX16132: превышенное напряжение (выделено красным), пониженное напряжение (выделено синим)
Точность порогов
В идеале, когда VIN_NOM снижается ниже 1,14 В или повышается выше 1,26 В, должен происходить сброс. Однако на практике всегда существуют небольшие отклонения значений. В MAX16132–MAX16135 эти отклонения указываются как точность порогов ±1% для диапазона температур от -40 до +125°C. Эту погрешность пороговых значений необходимо учитывать при расчетах. На рисунке 3 проиллюстрирована погрешность порогов для приведенного выше расчета.
Рис. 3. Отклонения порога напряжения
То есть, в данном примере порог срабатывания может находиться в любой точке в пределах закрашенных областей.
Гистерезис
MAX16132-MAX16135 также имеют входной гистерезис, который программируется на заводе на 0,25% или 0,50%. Гистерезис рассчитывается относительно номинального входного напряжения. Для входного напряжения 1,2 В и гистерезиса 0,5%:
VINNOM = 1,2 В
HYS = 0,5%
VHYS = VINNOM (0,5%) = 1,2 В(0,005) = 6 мВ
Если сброс произошел из-за превышения напряжения на входе, то моментом начала периода времени, в течение которого еще будет действовать сброс при восстановлении напряжения, будет являться уровень напряжения VINNOM – 6 мВ (рисунок 4).
Рис. 4. Гистерезис при превышении максимального напряжения
Если сброс произошел из-за понижения напряжения на входе, то моментом начала периода времени, в течение которого еще будет действовать сброс при восстановлении напряжения, будет являться уровень напряжения VINNOM + 6 мВ (рисунок 5).
Рис. 5. Гистерезис при понижении ниже минимального напряжения
Период сигнала сброса после восстановления напряжения (tRP)
Преимуществом супервизоров напряжений перед дискретными схемами мониторов напряжения является наличие периода действия сигнала сброса после восстановления. MAX16132-MAX16135 позволяют разработчику устанавливать до 23 значений длительности этого периода. Это может быть полезно для корректной последовательности включения/выключения нескольких источников питания в схемах с ПЛИС или для предотвращения сбоев системы при включении питания. Например, когда напряжение в системе поднимается выше минимального порога, необходимо выждать определенное время, прежде чем снять сигнал сброса. Таким образом обеспечивается стабильность питания в системе и исключаются сбои при включении питания. На рисунке 6 показана временная диаграмма MAX16132 во время включения и в случае перенапряжения.
Рис. 6. Временная диаграмма MAX16132
Устойчивость к шумам
При работе на низких напряжениях появляются проблемы с наводками. Шум может наводиться на дорожки печатной платы от соседних трансформаторов, линий переменной сети, DC/DC-преобразователей, радиочастотных схем или от других внешних источников. Подавление высокочастотного шума в микросхемах супервизоров напряжений способствует безопасной и надежной работе системы. На рисунке 7 показан шум в системе, наведенный от источника питания, а на рисунке 8 – график MAX16132 при таком типе высокочастотного шума.
Рис. 7. Шум на шине питания
Рис. 8. Реакция MAX16132 на высокочастотный шум
Заключение
MAX16132-MAX16135 позволяют разработчикам выбирать различные допустимые диапазоны от ±4 до ±11% для номинальных напряжений от 1 до 5 В. Разные варианты микросхем с предустановленными на заводе значениями позволяют подобрать необходимое решение под требования системы. В этой статье рассмотрены наиболее важные параметры семейства супервизоров MAX16132-MAX16135 для проектирования надежной системы и описан выбор корректных значений порогов и гистерезиса микросхем супервизоров напряжений.
