LTC2900型四電源監(jiān)控器的原理及應用電路

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，那么電源電壓波動會造成系統(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，它能為電信設備、網(wǎng)絡服務器、臺式電腦和筆記本電腦等提供精確電壓監(jiān)控和系統(tǒng)復位等功能。當檢測到電源發(fā)生異常時，LTC2900能夠及時發(fā)出告警信號，同時采取必要保護措施，確保系統(tǒng)長期安全可靠地工作。

2 LTC2900的特點及工作原理
2.1 性能特點
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、帶隙基準穩(wěn)壓源、電源檢測電路、脈沖發(fā)生器、比較器及各種邏輯門等，其內(nèi)部結構框圖如圖1所示，表l列出LTC2900的引腳功能。

LTC2900的性能特點如下：
(1)可同時對4個電源系統(tǒng)進行監(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，預置門限電壓在整個溫度范圍內(nèi)的誤差小 于±1.5％；
(3)漏極開路復位輸出(LTC2900-1)；
(4)推拉式復位輸出(LTC2900-2)；
(4)防按鍵抖動復位輸入功能，允許組成多個電路的菊花鏈電壓監(jiān)控；
(5)復位延遲時間可用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，VCC首先給RST引腳的驅(qū)動電路供電，一旦Vl或V2達到1 V，則RST引腳輸出低電平，產(chǎn)生復位信號，避免電源電壓達到安全門限之前系統(tǒng)執(zhí)行錯誤的指令。當4個輸入電壓都高于其設置門限值時，內(nèi)部定時器啟動，同時RST引腳輸出高電平，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。
2.2.2 監(jiān)控器設置
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達到2.4V(最大值)，監(jiān)控器進入150μs的設置期，同時對VPG引腳上的電壓進行采樣。設置完成后，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個輸入電壓都必須高于其預置的門限電壓，避免監(jiān)控器執(zhí)行復位操作。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置為0.5 V，正電壓與地之間連接電阻分壓器，中間點接比較器的同相輸入端，如圖2所示。跳電壓由式(1)計算：

VTRIP=0.5（1+R3/R4） （1）

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

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低于其設置門限值，則RST引腳輸出低電平，發(fā)出告警信號使系統(tǒng)立即復位。當VCC升至2.4 V(最大值)時，器件將重新進行設置。
LTC2900的工作時序如圖4所示，清楚地說明要檢測的輸入電壓Vl變化時RST輸出電平相應的變化情況，同時也表明手動復位時(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為復位延遲時間，當CRT=47 nF時，復位延遲時間約216 ns。

3 LTC2900關鍵電路設計要點
3.1 監(jiān)控器輸出上升和下降時間的估算
如果已知外接負載的電容(CLOAD)，則輸出下降時間(10％～90％)由式(4)估算：

式中，CLOAD為負載電容；RPD是下拉晶體管的導通電阻，約為40 Ω。當負載電容為150 pF時，輸出下降時間約為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。其輸出上升時間(10％～90％)由式(5)估算：

式中CLOAD為負載電容；RPU是上拉晶體管的導通電阻，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，在負載電容CLOAD為150 pF條件下，上升時間可減至3.3 μs。
LTC2900-2的RST引腳內(nèi)部具有一個上拉電路，它比LTC2900-1的上拉能力強得多。其RPU估算值約625 Ω，當負載電容為150 pF時，上升時間約為206ns。
3.2 復位定時電容的選擇
RST引腳與地之間連接1只電容器CRT，用于調(diào)整復位延遲時間tRST，以滿足不同場合的應用要求。
由式(7)可得到電容器CRT的容值：

當CRT引腳懸空時，監(jiān)控器產(chǎn)生約50μs的延時。最大延遲時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的情況下確保復位有效
有些場合要求復位輸出(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，當與CMOS器件的邏輯輸入端相連時，防止RST引腳電平浮動不定。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)應用中，阻值取100 kΩ即可滿足要求。

4 應用實例
4.1 帶手動復位功能的四電源監(jiān)控器
在LTC200-l的PBR引腳外接1個按鍵開關SW可實現(xiàn)系統(tǒng)手動復位功能，如圖5所示。LED為監(jiān)控指示燈，CBT為復位延遲電容器，SW為手動復位按鈕，當檢測到有按鍵按下時，電路內(nèi)部的10μA電流源直接將PBR引腳上拉到VCC，強迫系統(tǒng)復位。

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

5 結束語
LTC2900能對硬件電路的多個電源電壓進行實時采集和監(jiān)控，確保系統(tǒng)安全、可靠地工作。采用LTC2900設計的多電源監(jiān)控電路。具有外圍電路簡單，使用靈活，成本低廉，可靠性高等優(yōu)點，可廣泛應用于電信設備、網(wǎng)絡服務器、臺式電腦和筆記本電腦等領域。