單雙電源處理器上電復(fù)位功能及門限電壓的選擇

　摘要：本文討論用于單電源或雙電源處理器的上電復(fù)位功能和門限電壓的選擇策略，另外，還探討了手動(dòng)復(fù)位、電源失效和低電壓檢測等功能。文中闡述了避免使用分立POR和處理器內(nèi)部POR的原因，并解釋了順序供電、電壓跟蹤和順序復(fù)位等。

　　上電復(fù)位(POR)的任務(wù)之一是確保電源剛被打開時(shí)，處理器從一個(gè)已知的地址開始運(yùn)行。為此，POR邏輯輸出在處理器電源剛被打開時(shí)將處理器鎖定在復(fù)位態(tài)。POR的第二個(gè)任務(wù)是，在以下三件事情完成以前，阻止處理器從已知地址開始運(yùn)行：系統(tǒng)電源已穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)乃?處理器的時(shí)鐘已經(jīng)建立;以及內(nèi)部寄存器已經(jīng)正確裝載。POR完成這第二個(gè)任務(wù)的手段是片上定時(shí)器，它繼續(xù)在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)保持處理器處于復(fù)位態(tài)。這個(gè)定時(shí)器在處理器電源到達(dá)規(guī)定的電壓門限后觸發(fā)，設(shè)定時(shí)間走完后，定時(shí)器終止，并促使POR輸出變?yōu)闊o效，處理器脫離復(fù)位態(tài)并開始運(yùn)行(圖1)。處理器的數(shù)據(jù)資料會(huì)給出所需要的定時(shí)器延遲間隔。順便提一下，這個(gè)定時(shí)器正是POR和一般電壓監(jiān)測器的區(qū)別所在，后者也能以一定的電壓門限監(jiān)視電壓，但不具備定時(shí)功能。

　　圖1. POR保持處理器處于復(fù)位狀態(tài)，直到電源電壓超過POR門限，并且經(jīng)過了一個(gè)規(guī)定延時(shí)。

　　POR良好的抗噪聲干擾能力在監(jiān)視處理器時(shí)也是必需的，這也是它和電壓監(jiān)視器的不同之處。當(dāng)有一個(gè)小而快的干擾出現(xiàn)在電源上時(shí)POR不應(yīng)發(fā)出復(fù)位，因?yàn)檫@種干擾并不會(huì)影響處理器的工作。但是，比較長的小干擾和短的或長的大幅度干擾都會(huì)給處理器造成問題。因此，最好的方法是采用一種POR，它可以同時(shí)監(jiān)視進(jìn)入電源電壓的干擾的幅度和持續(xù)時(shí)間，并以此來決定是否發(fā)出復(fù)位。最終目標(biāo)是真實(shí)反映處理器自身的行為，只在需要的時(shí)候發(fā)出復(fù)位，而在處理器正常工作的時(shí)候不應(yīng)該去復(fù)位它。圖2是一條摘自MAX6381/MAX6382數(shù)據(jù)資料的曲線，它描述了能夠觸發(fā)復(fù)位的電源電壓上的干擾幅度/間隔。這條曲線說明，MAX6381/MAX6382在監(jiān)視到電源電壓低于規(guī)定門限100mV的持續(xù)時(shí)間至少到10ms才會(huì)觸發(fā)復(fù)位。

　　圖2. POR是否產(chǎn)生復(fù)位與干擾的幅度和持續(xù)時(shí)間有關(guān)。

　　一旦電源電壓回到門限以上，POR定時(shí)器只在一個(gè)預(yù)定的間隔之后才會(huì)撤消復(fù)位信號(hào)。

　　有些處理器提供雙向復(fù)位引腳—不僅可以通過該引腳接收復(fù)位信號(hào)，并且還可以通過它發(fā)送復(fù)位。粗看起來，一個(gè)具有開漏輸出的POR似乎可以滿足這種條件。然而，還有其他問題，因?yàn)樘幚砥鞅仨毚_定是它自己，還是外部器件發(fā)出的復(fù)位。有必要采用一個(gè)專為此條件配置的POR(參見MAX6314數(shù)據(jù)資料)。

　　確定POR門限電壓—單電源處理器

　　如何確定正確的POR門限電平，以及對(duì)于該電平精度的要求，常常沒有被正確地認(rèn)識(shí)。為了使設(shè)計(jì)者對(duì)于這項(xiàng)任務(wù)的細(xì)節(jié)有一個(gè)更清晰的了解，我們以一個(gè)處理器為例來說明這個(gè)問題，假定該處理器保證正確工作于3.3V ±0.3V電源D更明確地講，也就是從3.00V到3.60V。在選擇電壓門限時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)遵循下面兩種策略之一。

　　策略之一是確保3.3V電源有足夠的準(zhǔn)確度，為此可以選擇一個(gè)POR，它的門限加容差完全位于±0.3V范圍以內(nèi)。在此情況下，POR門限位于電源范圍的低端(±3%)和處理器允許電壓范圍的低端之間(圖3a)。基于此策略，POR在電源電壓處于容差以內(nèi)的時(shí)候不會(huì)發(fā)出復(fù)位。但是，當(dāng)電源電壓跌落到容差以下，而仍然維持在處理器保證正確工作的范圍以內(nèi)時(shí)，POR就會(huì)發(fā)出復(fù)位信號(hào)。這樣可以確保在處理器發(fā)生錯(cuò)誤操作之前(因電壓跌落到保證工作范圍以下)發(fā)出復(fù)位。

　　圖3. 當(dāng)電源電壓低于規(guī)定的電壓范圍而高于處理器的允許電壓范圍的底線時(shí)，為了確保處理器復(fù)位，可按圖3a選擇POR門限。然而，選擇一個(gè)門限電壓低于處理器允許范圍的POR (圖3b)，則只要電源電壓在此范圍內(nèi)就不會(huì)觸發(fā)復(fù)位，并允許采用一個(gè)更粗容差的電源。

　　根據(jù)這個(gè)策略，合適的POR選擇之一是MAX6381中的一個(gè)型號(hào)，這個(gè)型號(hào)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)具有3.00V至3.15V的門限范圍(圖3a)。采用了這種POR，一旦電源跌落到其規(guī)定電壓范圍以下，處理器就會(huì)復(fù)位，而此時(shí)的電源尚未跌落到處理器的規(guī)定電壓范圍以下。另外，由于門限范圍的上限為3.15V，當(dāng)電源位于其允許范圍以內(nèi)時(shí)不會(huì)發(fā)生復(fù)位。然而，將電源接入處理器時(shí)，由于連接器和電路板走線上的電壓降，可能會(huì)使處理器上的電壓降到3.15V以下。這種情況下，盡管電源電壓仍在規(guī)定范圍以內(nèi)，復(fù)位仍有可能發(fā)生。這時(shí)，就有必要選用容差更小的電源或容差更小的POR門限，或兩者兼之。

　　這種設(shè)計(jì)方法對(duì)于電源上的干擾或噪聲更為敏感，因?yàn)殡娫措妷嚎赡軙?huì)非常接近于POR門限(取決于POR門限和電源電壓分別位于它們的容差范圍內(nèi)的位置)。因此，該方法適用于干擾和噪聲很小，且電源容差小的系統(tǒng)。

　　有些設(shè)計(jì)者在選擇POR門限時(shí)會(huì)采納第二種不同的策略。他們采用門限低于處理器保證工作電壓(本例中為3.00V)的POR。這就允許處理器工作于允許范圍以內(nèi)的任何電壓下，而不會(huì)遭遇復(fù)位。它還允許更寬松的電源容差。這些設(shè)計(jì)者輕松地假定，在上電期間，電源會(huì)連續(xù)地上升到POR門限以上，并穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)的電壓上(本例中為3.20V至3.40V)。并且預(yù)期這些會(huì)在POR定時(shí)器遠(yuǎn)未計(jì)滿之前就早早發(fā)生。很多時(shí)候，設(shè)計(jì)者利用有些電源提供的power-OK信號(hào)來確定電源是否工作于規(guī)定范圍以內(nèi)。