葉云燕

    本文對微處理器上電復(fù)位與相關(guān)監(jiān)控功能及改進(jìn)作詳細(xì)剖析，并指出微處理器監(jiān)控電路的選擇與應(yīng)用。

微處理器電壓的監(jiān)視和控制

   多年以來，監(jiān)控電路始終擔(dān)負(fù)著確保微處理器和微控制器正確工作的任務(wù)。盡管電路設(shè)計者們已經(jīng)習(xí)慣于使用最為流行的監(jiān)控功能，即上電復(fù)位，但對于如何選擇和應(yīng)用監(jiān)控電路的理解常常并不全面或準(zhǔn)確。此外，對于該監(jiān)控電路的改進(jìn)仍然在繼續(xù)。本文將討論上電復(fù)位及其相關(guān)監(jiān)控功能(例如電壓排序、電壓跟蹤、手動復(fù)位和電源失效和欠壓信號等)并對促使它正確工作的一些細(xì)節(jié)加以說明。

    眾所周知，上電復(fù)位(POR)的任務(wù)之一是確保電源剛被打開時，處理器從一個已知的地址開始運行。為此，POR邏輯輸出在處理器電源剛被打開時將處理器鎖定在復(fù)位態(tài)；POR的第二個任務(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行：系統(tǒng)電源已穩(wěn)定在適當(dāng)?shù)乃�；處理器的時鐘已經(jīng)建立；以及內(nèi)部寄存器已經(jīng)正確裝載。

    POR完成這第二個任務(wù)的方法是片上定時器，它繼續(xù)在一個預(yù)定的時間間隔內(nèi)保持處理器處于復(fù)位態(tài)。這個定時器在處理器電源到達(dá)規(guī)定的電壓門限后觸發(fā)，設(shè)定時間走完后，定時器終止，并促使POR輸出變?yōu)闊o效，處理器脫離復(fù)位態(tài)并開始運行(見圖1)。處理器的數(shù)據(jù)手冊會給出所需要的定時器延遲間隔。順便提一下，這個定時器正是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，但不具備定時功能。
POR良好的抗噪聲干擾能力在監(jiān)視處理器時也是必需的，這也是它和電壓監(jiān)視器的不同之處。當(dāng)有一個小而快的干擾出現(xiàn)在電源上時POR不應(yīng)發(fā)出復(fù)位，因為這種干擾并不會影響處理器的工作。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，它可以同時監(jiān)視進(jìn)入電源電壓的干擾的幅度和持續(xù)時間，并以此來決定是否發(fā)出復(fù)位。最終目標(biāo)是真實反映處理器自身的行為，只在需要的時候發(fā)出復(fù)位，而在處理器正常工作的時候不應(yīng)該去復(fù)位它。MAX6381／MAX6382在監(jiān)視到電源電壓低于規(guī)定門限100mV的持續(xù)時間至少到10us才會觸發(fā)復(fù)位。

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

    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，并且還可以通過它發(fā)送復(fù)位。粗看起來，一個具有開漏輸出的POR似乎可以滿足這種條件。然而，還有其他問題，因為處理器必須確定是它自己，還是外部器件發(fā)出的復(fù)位。有必要采用一個專為此條件配置的POR(參見MAX6314數(shù)據(jù)手冊)。

    確定POR門限電壓——單電源微處理器

    如何確定正確的POR門限電平以及對于該電平精度的要求，對此，往住并不能有一個正確的認(rèn)識。為了使設(shè)計者對于這項任務(wù)的細(xì)節(jié)有一個更清晰的了解，我們以一個處理器為例來說明這個問題，假定該處理器保證正確工作于3.3V±0.3V電源——更明確地講，也就是從3.00V到3.60V。在選擇電壓門限時，設(shè)計者應(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，以便可以選擇一個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和處理器允許電壓范圍的低端之間圖2A)�；诖瞬呗�，POR在電源電壓處于容差以內(nèi)的時候不會發(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，POR就會發(fā)出復(fù)位信號。這樣可以確保在處理器發(fā)生錯誤操作之前(因電壓跌落到保證工作范圍以下)發(fā)出復(fù)位。

    根據(jù)這個策略，合適的POR選擇之一是MAX6381中的一個型號，這個型號在整個溫度范圍內(nèi)具有3.00V至3.15V的門限范圍(圖2A)。

   采用了這種POR，一旦電源跌落到其規(guī)定電壓范圍以下，處理器就會復(fù)位，而此時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)時不會發(fā)生復(fù)位。然而，將電源接人處理器時，由于連接器和電路板走線上的電壓降，可能會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，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)計方法對于電源上的干擾或噪聲更為敏感，因為電源電壓可能會非常接近于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)計者在選擇POR門限時會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