LTC2900型四電源監(jiān)控器的原理及應(yīng)用電路

l 引言
為了保證系統(tǒng)安全可靠地工作，硬件電路的電源電壓不能超過其允許范圍。如果缺乏電源電壓監(jiān)控功能，那么電源電壓波動(dòng)會(huì)造成系統(tǒng)工作不正常，因此增加電源監(jiān)控功能是非常必要的。LTC2900是凌特公司生產(chǎn)的高精度、小體積電源監(jiān)控器，它能為電信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、臺(tái)式電腦和筆記本電腦等提供精確電壓監(jiān)控和系統(tǒng)復(fù)位等功能。當(dāng)檢測(cè)到電源發(fā)生異常時(shí)，LTC2900能夠及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，同時(shí)采取必要保護(hù)措施，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期安全可靠地工作。

2 LTC2900的特點(diǎn)及工作原理
2.1 性能特點(diǎn)
LTC2900采用MSOP和DFN封裝，內(nèi)部集成了矩陣分配器、A/D轉(zhuǎn)換器、緩沖器、帶隙基準(zhǔn)穩(wěn)壓源、電源檢測(cè)電路、脈沖發(fā)生器、比較器及各種邏輯門等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，表l列出LTC2900的引腳功能。

LTC2900的性能特點(diǎn)如下：
(1)可同時(shí)對(duì)4個(gè)電源系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控；
(2)共有5 V、3.3 V、3 V、2.5 V、1.8 V、1.5 V等6種門限電壓可供用戶選擇，預(yù)置門限電壓在整個(gè)溫度范圍內(nèi)的誤差小 于±1.5％；
(3)漏極開路復(fù)位輸出(LTC2900-1)；
(4)推拉式復(fù)位輸出(LTC2900-2)；
(4)防按鍵抖動(dòng)復(fù)位輸入功能，允許組成多個(gè)電路的菊花鏈電壓監(jiān)控；
(5)復(fù)位延遲時(shí)間可用1只外部電容器調(diào)節(jié)；
(6)超低功耗，典型靜態(tài)工作電流僅為43μA。
2.2 工作原理
2.2.1 上電復(fù)位
Vl、V2中數(shù)值較大者為芯片內(nèi)部電路提供電源電壓VCC上電時(shí)，VCC首先給RST引腳的驅(qū)動(dòng)電路供電，一旦Vl或V2達(dá)到1 V，則RST引腳輸出低電平，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，避免電源電壓達(dá)到安全門限之前系統(tǒng)執(zhí)行錯(cuò)誤的指令。當(dāng)4個(gè)輸入電壓都高于其設(shè)置門限值時(shí)，內(nèi)部定時(shí)器啟動(dòng)，同時(shí)RST引腳輸出高電平，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
2.2.2 監(jiān)控器設(shè)置
LTC2900輸入電壓的組合通過VREF引腳與GND引腳之間的外接電阻分壓器來選擇。上電過程中，一旦Vl或V2達(dá)到2.4V(最大值)，監(jiān)控器進(jìn)入150μs的設(shè)置期，同時(shí)對(duì)VPG引腳上的電壓進(jìn)行采樣。設(shè)置完成后，內(nèi)部比較器立即使能，開始監(jiān)控電源。
2.2.3 電源監(jiān)控
4個(gè)輸入電壓都必須高于其預(yù)置的門限電壓，避免監(jiān)控器執(zhí)行復(fù)位操作。LTC2900將在上電、斷電和降壓省電條件下根據(jù)輸入電壓的大小確定復(fù)位輸出。如果選擇了正可調(diào)模式，V3或V4比較器的反相輸入設(shè)置為0.5 V，正電壓與地之間連接電阻分壓器，中間點(diǎn)接比較器的同相輸入端，如圖2所示。跳電壓由式(1)計(jì)算：

VTRIP=0.5（1+R3/R4） （1）

在負(fù)可調(diào)模式中．V4比較器的同相輸入端接地，負(fù)電壓與VREF引腳間連接電阻分壓器，中間點(diǎn)接比較器的反相輸入端，如圖3所示。跳電壓由式(2)計(jì)算：

為了提高輸入比較器的抗干擾能力，建議在Vl和V2的輸入端各并聯(lián)一只高頻旁路電容器。
2.2.4 斷電
一旦其中一組電壓Vx低于其設(shè)置門限值，則RST引腳輸出低電平，發(fā)出告警信號(hào)使系統(tǒng)立即復(fù)位。當(dāng)VCC升至2.4 V(最大值)時(shí)，器件將重新進(jìn)行設(shè)置。
LTC2900的工作時(shí)序如圖4所示，清楚地說明要檢測(cè)的輸入電壓Vl變化時(shí)RST輸出電平相應(yīng)的變化情況，同時(shí)也表明手動(dòng)復(fù)位時(shí)(PBR端接低電平)RST輸出電平的變化情況。VRTX為輸入電壓門限值，tRST為復(fù)位延遲時(shí)間，當(dāng)CRT=47 nF時(shí)，復(fù)位延遲時(shí)間約216 ns。

3 LTC2900關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)
3.1 監(jiān)控器輸出上升和下降時(shí)間的估算
如果已知外接負(fù)載的電容(CLOAD)，則輸出下降時(shí)間(10％～90％)由式(4)估算：

式中，CLOAD為負(fù)載電容；RPD是下拉晶體管的導(dǎo)通電阻，約為40 Ω。當(dāng)負(fù)載電容為150 pF時(shí)，輸出下降時(shí)間約為13.2 ns。
雖然LTC2900-1的RST腳內(nèi)部為漏極開路輸出，但它不具備弱上拉能力。其輸出上升時(shí)間(10％～90％)由式(5)估算：

式中CLOAD為負(fù)載電容；RPU是上拉晶體管的導(dǎo)通電阻，可利用式(6)估算：

舉例說明：已知CLOAD=150 pF，V2=3.3 V，由上式可求出RPU≈260 kΩ，tRISE≈86μs。采用10 kΩ的上拉電阻器，在負(fù)載電容CLOAD為150 pF條件下，上升時(shí)間可減至3.3 μs。
LTC2900-2的RST引腳內(nèi)部具有一個(gè)上拉電路，它比LTC2900-1的上拉能力強(qiáng)得多。其RPU估算值約625 Ω，當(dāng)負(fù)載電容為150 pF時(shí)，上升時(shí)間約為206ns。
3.2 復(fù)位定時(shí)電容的選擇
RST引腳與地之間連接1只電容器CRT，用于調(diào)整復(fù)位延遲時(shí)間tRST，以滿足不同場(chǎng)合的應(yīng)用要求。
由式(7)可得到電容器CRT的容值：

當(dāng)CRT引腳懸空時(shí)，監(jiān)控器產(chǎn)生約50μs的延時(shí)。最大延遲時(shí)間受電容器漏電電流和容值大小的影響，建議采用漏電參數(shù)較小的陶瓷電容器。
3.3 在VCC低至0 V的情況下確保復(fù)位有效
有些場(chǎng)合要求復(fù)位輸出(RST)在VCC低至0V的情況下有效。LTC2900-2的RST引腳可通過1只外部電阻器接地，將雜散電荷泄放出去，當(dāng)與CMOS器件的邏輯輸入端相連時(shí)，防止RST引腳電平浮動(dòng)不定。該電阻器的阻值不能太大，否則無法獲得良好的下拉作用。在大多數(shù)應(yīng)用中，阻值取100 kΩ即可滿足要求。

4 應(yīng)用實(shí)例
4.1 帶手動(dòng)復(fù)位功能的四電源監(jiān)控器
在LTC200-l的PBR引腳外接1個(gè)按鍵開關(guān)SW可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)手動(dòng)復(fù)位功能，如圖5所示。LED為監(jiān)控指示燈，CBT為復(fù)位延遲電容器，SW為手動(dòng)復(fù)位按鈕，當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，電路內(nèi)部的10μA電流源直接將PBR引腳上拉到VCC，強(qiáng)迫系統(tǒng)復(fù)位。

4.2 低壓八電源監(jiān)控器
在多組電源供電系統(tǒng)中，需要對(duì)系統(tǒng)中的每組電源電壓進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)任何一組電源電壓發(fā)生故障時(shí)，都需要產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)重新復(fù)位。為了實(shí)現(xiàn)這種功能，可以利用LTC2900-2的手動(dòng)復(fù)位功能，組成多個(gè)電路的菊花鏈電壓監(jiān)控。
圖6示出由2個(gè)LTC2900-2組成的八電源監(jiān)控器電路。當(dāng)1 V、3 V、5 V、12 V電源電壓中任何一組發(fā)生故障時(shí)，LCl產(chǎn)生有效復(fù)位信號(hào)，并通過IC2的手動(dòng)復(fù)位輸入引腳產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位：當(dāng)-5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V電源電壓中任何一組發(fā)生故障時(shí)，IC2產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。

5 結(jié)束語(yǔ)
LTC2900能對(duì)硬件電路的多個(gè)電源電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，確保系統(tǒng)安全、可靠地工作。采用LTC2900設(shè)計(jì)的多電源監(jiān)控電路。具有外圍電路簡(jiǎn)單，使用靈活，成本低廉，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、臺(tái)式電腦和筆記本電腦等領(lǐng)域。