Is Your Application Protected from Glitches?

摘要

医疗、工业和消费类设备都要求可靠工作、启动过程中不会出现尖峰脉冲或毛刺干扰。现在，工程师们可以利用Maxim Integrated的nanoPower监控电路IC MAX16162, 提供扰动工作，有效预防系统在启动过程中的尖峰脉冲。

引言

微控制器监控电路IC能够确保系统在上电、断电，以及电源电压跌落条件下可靠工作。这些保护IC通过精确监测系统电源电压，以触发或释放控制器的复位输入，确保微控制器工作时的供电电压高于其最小工作电压，最终保障系统的可靠运行。此外，器件还提供适当的时间裕量，使电源达到稳定。

微控制器系统框图

图1. 典型微控制器系统框图

典型的电池供电系统需要采用DC-DC转换器，将锂电池或碱性电池电压转换成系统的供电电压。监控电路IC可添加在DC-DC转换器和微控制器之间，监测电源电压并使能或禁止微控制器工作

监控电路通过其复位输出引脚使能或禁止微控制器工作。该引脚一般为漏极开路输出，需要连接一个10kΩ上拉电阻。监控电路IC监测电源电压，并在输入电压降低至复位门限以下时触发复位。被监测电压上升到高于门限电压时，复位输出在超时周期内依然保持复位，超时周期结束后解除复位状态，使目标微控制器退出复位状态并开始工作。但是，在监控电路开启并将复位输出拉低之前，复位输出是什么情况呢？

尖峰毛刺

为了回答这个问题，我们首先来看一个典型的上电序列 (图 2). 。电源电压 V_CCC开始上电时，微控制器和监控电路处于关断状态。此时，复位输出浮空，10kΩ上拉电阻使得复位引脚的电压跟随V_CCC变化。电压升高至大概0.5V至0.9V之间时，这个小的扰动脉冲可能造成系统的不稳定。

图2. 上电序列

一旦监控电路IC开启工作，复位输出即被拉至低电平，可防止微控制器意外启动。在上几代监控电路IC中，这种上电过程中的尖峰脉冲或“毛刺”很常见。

低功耗技术挑战

随着低功耗产品工作电压越来越低，这个问题成为影响低压系统工作的关键图3 展示了3种常见的逻辑电平：3.3V、2.5V和1.8V。对于3.3V系统，逻辑低电平Vol、Vil的范围是0.4V至0.8V。如果Vcc在0.9V时，复位输出依然存在“毛刺”，就会造成处理器工作的不稳定，可能出现反复关断、开启

图3. 3.3V至1.8V逻辑电平

现在，我们考察一下1.8V系统。逻辑低电平Vol和Vil的电压非常低，分别在0.45V至0.63V之间，此时，复位输出中的0.9V尖峰脉冲存在较大的误差空间，。所以，对于低压系统，复位信号上的“毛刺”更容易引起系统操作失控。

尖峰脉冲的影响

接下来，我们看看尖峰脉冲如何影响系统操作 (图 4)。本例中，电源电压 (V_DD) 缓慢上升至0.9V，并短时间停留在0.9V。该电压不足以打开监控电路IC，但微控制器可能被使能并运行在不稳定状态。由于0.9V处于不确定状态，所以尖峰毛刺可能被处理器的RESET输入解释为逻辑1或0，可能错误地使能开启微控制器。这会导致微控制器执行部分指令，或对存储器进行不完整的写操作，这会对系统产生灾难性问题

图4. 不稳定的复位输入

清除监控电路复位输出的毛刺

为了解决这一问题，需要新一代监控电路在发生断电或电源电压跌落时，无论电源电压处于什么电平都能避免在复位输出上出现毛刺。这就要求一个专用电路，当VDD处于不确定范围时，将复位输出保持在低电平。MAX16162 完美地实现了这一目标。只要 V_DD低于门限电压，复位输出即保持为低电平，有效规避了复位线上的电压尖峰脉冲。一旦电源电压达到电压门限，并且在超时周期内保持在门限电压以上，则在完成复位延迟后解除复位状态，从而开启微控制器工 (图5).

图5. 无扰动复位系统