上电复位与相关监控功能

2011-04-14 08:00:29来源: 互联网 关键字:相关  监控  功能
上电复位(POR)的任务之一是确保电源刚被打开时,处理器从一个已知的地址开始运行。为此,POR逻辑输出在处理器电源刚被打开时将处理器锁定在复位态。POR的第二个任务是,在以下三件事情完成以前,阻止处理器从已知地址开始运行:系统电源已稳定在适当的水平;处理器的时钟已经建立;以及内部寄存器已经正确装载。POR完成这第二个任务的手段是片上定时器,它继续在一个预定的时间间隔内保持处理器处于复位态。这个定时器在处理器电源到达规定的电压门限后触发,设定时间走完后,定时器终止,并促使POR输出变为无效,处理器脱离复位态并开始运行(图1)。处理器的数据手册会给出所需要的定时器延迟间隔。顺便提一下,这个定时器正是POR和一般电压监测器的区别所在,后者也能以一定的电压门限监视电压,但不具备定时功能


图1. POR保持处理器处于复位状态,直到电源电压超过POR门限,并且经过了一个规定延时。

POR良好的抗噪声干扰能力在监视处理器时也是必需的,这也是它和电压监视器的不同之处。当有一个小而快的干扰出现在电源上时POR不应发出复位,因为这种干扰并不会影响处理器的工作。但是,比较长的小干扰和短的或长的大幅度干扰都会给处理器造成问题。因此,最好的方法是采用一种POR,它可以同时监视进入电源电压的干扰的幅度和持续时间,并以此来决定是否发出复位。最终目标是真实反映处理器自身的行为,只在需要的时候发出复位,而在处理器正常工作的时候不应该去复位它。图2是一条摘自MAX6381/MAX6382数据手册的曲线,它描述了能够触发复位的电源电压上的干扰幅度/间隔。这条曲线说明,MAX6381/MAX6382在监视到电源电压低于规定门限100mV的持续时间至少到10ms才会触发复位。


图2. POR是否产生复位与干扰的幅度和持续时间有关。

一旦电源电压回到门限以上,POR定时器只在一个预定的间隔之后才会撤消复位信号。

有些处理器提供双向复位引脚―不仅可以通过该引脚接收复位信号,并且还可以通过它发送复位。粗看起来,一个具有开漏输出的POR似乎可以满足这种条件。然而,还有其他问题,因为处理器必须确定是它自己,还是外部器件发出的复位。有必要采用一个专为此条件配置的POR(参见MAX6314数据手册)。

确定POR门限电压―单电源处理器

如何确定正确的POR门限电平,以及对于该电平精度的要求,常常没有被正确地认识。为了使设计者对于这项任务的细节有一个更清晰的了解,我们以一个处理器为例来说明这个问题,假定该处理器保证正确工作于3.3V ±0.3V电源―更明确地讲,也就是从3.00V到3.60V。在选择电压门限时,设计者应遵循下面两种策略之一。

策略之一是确保3.3V电源有足够的准确度,为此可以选择一个POR,它的门限加容差完全位于±0.3V范围以内。在此情况下,POR门限位于电源范围的低端(±3%)和处理器允许电压范围的低端之间(图3a)。基于此策略,POR在电源电压处于容差以内的时候不会发出复位。但是,当电源电压跌落到容差以下,而仍然维持在处理器保证正确工作的范围以内时,POR就会发出复位信号。这样可以确保在处理器发生错误操作之前(因电压跌落到保证工作范围以下)发出复位。


图3. 当电源电压低于规定的电压范围而高于处理器的允许电压范围的底线时,为了确保处理器复位,可按图3a选择POR门限。然而,选择一个门限电压低于处理器允许范围的POR (图3b),则只要电源电压在此范围内就不会触发复位,并允许采用一个更粗容差的电源。

根据这个策略,合适的POR选择之一是MAX6381中的一个型号,这个型号在整个温度范围内具有3.00V至3.15V的门限范围(图3a)。采用了这种POR,一旦电源跌落到其规定电压范围以下,处理器就会复位,而此时的电源尚未跌落到处理器的规定电压范围以下。另外,由于门限范围的上限为3.15V,当电源位于其允许范围以内时不会发生复位。然而,将电源接入处理器时,由于连接器和电路板走线上的电压降,可能会使处理器上的电压降到3.15V以下。这种情况下,尽管电源电压仍在规定范围以内,复位仍有可能发生。这时,就有必要选用容差更小的电源或容差更小的POR门限,或两者兼之。

这种设计方法对于电源上的干扰或噪声更为敏感,因为电源电压可能会非常接近于POR门限(取决于POR门限和电源电压分别位于它们的容差范围内的位置)。因此,该方法适用于干扰和噪声很小,且电源容差小的系统。

有些设计者在选择POR门限时会采纳第二种不同的策略。他们采用门限低于处理器保证工作电压(本例中为3.00V)的POR。这就允许处理器工作于允许范围以内的任何电压下,而不会遭遇复位。它还允许更宽松的电源容差。这些设计者轻松地假定,在上电期间,电源会连续地上升到POR门限以上,并稳定在规定范围内的电压上(本例中为3.20V至3.40V)。并且预期这些会在POR定时器远未计满之前就早早发生。很多时候,设计者利用有些电源提供的power-OK信号来确定电源是否工作于规定范围以内。

这些设计者没有考虑电网欠压情况的影响。如果发生电网欠压,处理器可能会工作在一个低于其最低保证工作电压的电源下,但暂时仍然在POR门限以上(低于它POR就会发出复位)。当在这样的电源电压范围内工作时,处理器可能会发生错误操作。

不同于在处理器允许的电源电压范围内选择的门限,第二种方法更适合于那些可能存在较大干扰和噪声的系统。因为POR门限和电源电压分开的比较远。正如前面已提到的,这种方法也允许更宽的电源容差。MAX6381中整个温度范围内门限范围在2.85V至3.0V的型号可用于此种设计,因为门限低于处理器允许电压范围的底线(图3b)。此时还可以使用一个比图3中容差更宽的电源。

有时候,设计者会将电源的额定电压设置在靠近处理器允许范围的底线处,目的是降低功率消耗。这种做法很有效,因为功率消耗正比于电源电压的平方。假定处理器允许电压范围为3.0V至3.6V,3.15V ±2%的电源是可取的,如果在连接电源到处理器的通路上,在连接器和导线上没有显著的电压降的话。如果噪声电平足够低,不会引起错误触发的话,门限电压在2.85V至3.0V范围的MAX6381 POR是一个合适的选择。

确定POR门限电压―双电源处理器

除了3.3V电源,如果处理器还需要另一路电源(例如一个1.8V核电源),这种设计可能就需要能够监视两路电压的POR了。这种类型的POR只有在两路电源都超过了POR的两个对应的门限,并且规定的延时周期已经过去以后才会撤消复位。可同时监视两路、三路和四路电压的POR都可找到。

同样的选择方法适用于多电源或单电源的监视。对于双电源的情况(例如3.3V和1.8V),设计者可以选择POR的两个门限都高于或低于处理器的最低保证工作电压。同样,设计者也可以使监视3.3V I/O电源的门限低于保证工作电压,而使用于1.8V核电源的另一个门限在保证工作电压之上。很多设计者优选后一种策略,因为很多时候处理器内核比起I/O来,对于电源电压低落所造成的问题更为敏感。

内核电源电压始终在随着时间的推移而降低,因此降低POR门限电压成为必须。MAX6736系列中的器件无需外接电阻可提供低至788mV的门限,加上外接电阻还可低至488mV。这种门限电压足以监视最先进的内核电源。

对于低成本系统,很多电路设计者选择只监视3.3V电源,如果1.8V电源是由它得到的话。他们认为如果3.3V电源到达正常电压的话,1.8V电源也会。对于要求较高可靠性的系统,设计者通常是选择监视两路电源。

手动复位

有时候,当电源电压仍在容差以内,而用手动方式去触发一次复位也很有用。这项功能不仅被用于调试和最终测试,当处理器锁定时这个功能也很有用―它使处理器重新启动,而不必关掉电源。这种功能对于那些处理器永不掉电的产品尤其有用。它还被通用于那些不关掉处理器电源,只是唤醒/挂起处理器的on/off开关中。

尽管来自于I/O线的逻辑信号、看门狗定时器或电源失效输出常被用于触发手动复位,按钮开关经常也被用来触发手动复位。被按下时,这种类型的开关通常会有反弹,打开、闭合很多次方可稳定下来。所以,大多数手动复位输入都包含有去抖动电路,对按钮开关引起的振铃不响应。

分立的POR和处理器内置的POR

使用由电阻和电容构成的分立式POR (图4a)是一种比较危险的做法。这种POR输出缓慢的上升和下降时间会给许多处理器带来问题―尤其是那些复位输入中没有包含施密特触发器以及具有双向复位引脚的处理器。增加一个施密特触发器对于前一种情况有效,但也带来了成本、空间和启动问题。


图4. 分立式R/C POR (图4a)对于多数应用来讲没有足够的可靠性。有些情况下,增加一个二极管(图4b)可纠正电源快速循环的问题,并改善电路性能。

当电源上电时,如果上升时间相对于

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编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0414/article_6894.html
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