與傳統的電壓監控器不同，無毛刺監控器通過避免上電毛刺、未定義的邏輯輸出狀態以及掉電或停電邏輯錯誤等歧義來提高系統可靠性。這些模糊性引起了安全和可靠性應用的關注，例如爆炸物、關鍵電源路徑監控/控制、高靈敏度低壓軌道設備和本質安全設備。本應用筆記討論了系統設計中的一些安全問題，并展示了如何使用MAX16161/MAX16162（Maxim Integrated的無毛刺監控器系列）。

介紹

監控器IC在大多數系統中發揮著至關重要的作用，是第一道防線，通過防止過壓瞬變和電源故障條件來提高可靠性。電壓監控器的目的是確保系統正確上電;提供對停電、電壓瞬變或掉電條件的抗擾度;并監控系統電壓軌的欠壓情況。這可確保不存在危及底層系統的故障或性能下降。

上電復位（POR）功能在大多數監控器中的作用是保證上電期間具有正確邏輯電平的有效輸出信號。具有接近零的 POR 電壓 （V由） 是確保沒有不確定的邏輯輸出饋送到后續系統的最理想條件。然而，對于設計師來說，制作V是一個很大的挑戰由較低，因為輸出MOSFET驅動器需要最小電源電壓來維持正確的邏輯輸出。這會導致監控器的/RESET輸出端出現不確定的邏輯狀態，如圖1和圖2所示。圖3顯示了傳統監控器的典型輸入電壓規格，定義了最小V抄送需要保證有效的重置邏輯。

圖1.上電期間的不確定邏輯狀態，也稱為上電毛刺。

圖2.傳統監控器IC的上電行為

圖3.傳統監控器中的上電復位電壓規格。

本應用筆記解釋了各種場景，其中上電毛刺和傳統監控器的其他一些重要方面可能導致嚴重的安全問題，并導致系統可靠性問題和故障。

掉電和停電條件

停電是電路中電源電壓在短時間內意外降至零電壓的一種情況，而在欠壓條件下，電壓降至非零電壓電平。一些需要精確調節電源電壓的敏感電子系統可能無法在這些情況下運行。長期掉電會導致系統過早磨損和性能下降，這在某些任務關鍵型或安全應用中將是災難性的。如果發生掉電，監控器IC將置位處理器復位，直到電源電壓上升到安全水平。傳統監控器往往會在停電或掉電條件下產生復位輸出毛刺或不確定的邏輯狀態，如圖2所示。

MAX16161/MAX16162的設計使得在停電或掉電條件下不會出現不確定的復位輸出。復位輸出保持低電平，即使電源電壓降至 UVLO 或 V 以下由.圖 4 和圖 5 演示了無毛刺監控器在這種情況下的行為。

圖4.無故障管理引擎在停電條件下的行為。

圖5.無故障管理引擎在掉電條件下的行為。

示例應用1：與FPGA和低壓處理器內核的接口

隨著技術的進步，更低的電源軌和更嚴格的容差給系統設計人員帶來了挑戰，要求他們在現場可編程門陣列 （FPGA）、專用集成電路 （ASIC） 或存儲組等關鍵組件暴露于高壓尖峰時保護數據并將系統移至安全模式。在低壓處理器中，I/O邏輯電平提供的小裕量，最低邏輯電壓（VIL）的最大電壓可低至0.4V。上面是讀取無效邏輯時，如圖 5 所示。

在這些尖峰敏感器件上電期間，處理器需要處于有效的復位邏輯狀態，直到所有電源軌穩定。否則，來自監控器RESET輸出的邏輯輸入端的任何尖峰都可能觸發FPGA或ASIC的意外復位釋放。換句話說，可靠的監控器在任何時間點都不應在系統中引入高阻抗或未定義的邏輯電平。圖6給出了MAX16161/MAX16162在此類應用中的簡化圖。

圖6.將電壓監控器與低壓處理器 （ASIC/FPGA） 接口。

應用示例 2：電源路徑監視和控制

圖7所示為與電流傳感器網絡相關的負載開關，MAX16161作為負載開關控制器。在上電、對地短路、電池或電源移除、停電或掉電等條件下，MAX16161確保電源路徑負載開關或高端MOSFET處于關斷狀態。

圖7.使用MAX16161、電流檢測放大器（CSA）和負載開關進行電源路徑監測和控制。

應用示例3：本質安全應用中的可靠候選者

本質安全 （IS） 是一種設計用于危險區域的設備的方法。這個想法是避免任何產生火花的情況，或者將可用能量降低到不會引起點火的水平。這意味著防止火花并保持低溫。在任何上電或停電條件下的毛刺或浪涌在爆炸物等關鍵應用中使用的系統中都可能是致命的。在此類應用中要考慮的其他要點包括：如果出現任何問題，立即關閉電源;沒有假開機;并最大限度地減少可能違反美國 FM/UL 和歐洲 CELENAC 等審批機構標準的機械故障點。

現在我們來討論MAX16161/MAX16162如何成為解決上述問題的良好解決方案。圖9所示為MAX16161/MAX16162的典型應用電路和預期特性。由于MAX16161/MAX16162提供的功能引腳數量最少，需要的外部元件數量最少，因此故障率或故障保持在最低水平，有助于它們符合可靠性和安全標準。由于MAX16161/MAX16162的時序參數和門限電壓設置均經過工廠調整，因此避免了與外部無源元件短路/開路相關的問題，這些問題通常與傳統監控器有關。由于MAX16161/MAX16162不會產生毛刺或無效狀態，因此可以輕松避免意外上電或邏輯狀態模糊。

面向無故障監控器的新穎集成解決方案

Maxim Integrated 推出 MAX16161/MAX16162 毫微功耗、真正無毛刺電壓監控器。MAX16161/MAX16162可以通過RESET引腳吸收電流，即使V電壓抄送為 0V。這確保了RESET在零電源電壓下的有效狀態，并提供無毛刺的上電/關斷操作。

MAX16161/MAX16162無需任何外部元件即可實現無毛刺工作，體積小巧，性價比高。圖9所示為MAX16162的上電和關斷。MAX16161/MAX16162的主要特性和優點如下：

無上電故障

825nA（典型值）靜態電流可延長電池壽命

正負電平觸發MR輸入選項（MAX16161）

MR去抖動電路（MAX16161）

獨立的VCC和VIN輸入（MAX16162）

多個可用的復位超時周期

閾值電壓選項

1.7V至4.85V （MAX16161）

0.6V至4.85V （MAX16162）

4 焊球 WLP 和 4 引腳 SOT23 封裝

-40°C 至 +125°C 工作溫度范圍

圖8.（a） MAX16162的上電特性。（b） MAX16162的關斷行為。

圖9.（a） MAX16162的應用示意圖。（b） MAX16161的應用圖。（c） MAX16162的時序圖。（d） MAX16161的時序圖

結論

MAX16161/MAX16162毫微功耗無毛刺監控器非常適合注重安全性和可靠性的應用。本應用筆記描述了各種應用，在這些應用中，該系列器件與市場上現有的解決方案相比具有多種優勢。該系列的顯著優點包括：可靠的上電和有保證的RESET輸出水平，即使在V時抄送等于零;用于本質安全應用的功能引腳數量最少;緊湊的解決方案尺寸，具有微型晶圓級封裝以及行業標準 SOT23 封裝選項;和 825nA 靜態電流，有助于延長系統電池壽命。

審核編輯：郭婷