微处理器监控电路已经存在了这么多年，以至于它们经常被认为是理所当然的。现代的集成电路版本则不是这样，从简单的三端复位芯片到复杂的多功能设备。仅Maxim就提供了近100个零件号，每个零件号都有数千种产品的变化。通过了解这些产品及其基本功能，电路板级设计人员可以处理最简单和最复杂的应用程序。

微处理器(µP)管理器最基本的功能是“开机复位”(POR)。否则，性能良好的基于μ p的系统在上电或电源电压暂时下降(停电)时可能会出现问题。多年来，这个问题的部分解决方案是在µP的Active-low RESET线上增加一个电阻、一个电容和一个二极管(图1)。

图1所示。这种粗糙的监控电路只是部分解决了监控VDD的问题。

增加的RC使Active-low复位在电源电压开始上升后保持低电平。如果电压上升得足够快，低激活复位将足够低以保持复位中的µP，使其电路在恢复正常工作之前稳定下来。当电源关闭并降至零时，二极管也确保了激活-低复位的提示高-低转换。

只要电源相对于RC时间常数迅速上升，这种方法就可以很好地用于上电。该电路的工作是保护μ P不受不完美的上电影响，但它依赖于电源电压上升得足够快。它在断电期间重置µP时也不可靠。为了在这种情况下实现复位，电源电压必须降至V(IL)减去一个二极管降的水平。然而，在它达到这个水平之前，电源电压远低于其最低规格。

为了处理这种情况，微处理器供应商通常推荐与图2类似的电路。当电源下降时，它强制复位，但电压精度限于齐纳二极管的电压精度，并与晶体管特性相关的误差相结合。

图2。该电路为图1中的VDD监视器增加了限电功能，但精确度和实用性有限。

一个超时功能可以嫁接到这个电路加上一个电容器和一个二极管。由此产生的电路有七个组件，它仍然存在精度和缓慢上升的电源电压的问题。

多准确才算足够准确?

考虑一个常见的例子，其中处理器在标称5V电源上工作，并指定低至4.5V。复位电路应该对所有低于4.5V的电压保持复位，因此其最小阈值必须为4.5V。那么，重置阈值在温度上和在单元间传播的上限应该是什么?如果你想在电源设计人员那里遇到麻烦，你可以指定电源在5V±0%，但更可能的范围是4.75V到5.25V。因此，您应该保证阈值在4.5V和4.75V之间;即4.63V±2.7%。

齐纳二极管可以调节阈值电压，但典型齐纳二极管的精度为±5%至±10%。对于高级价格，您可以指定更严格的公差(±1%)，但仅适用于室温和特定电流。所有齐纳器都表现出电压随电流的显著变化，典型温度系数(TC)为几mV/°C。在0°C到70°C的范围内，仅TC就能引起几百毫伏的变化。基于齐纳的复位电路不足以保证在启动和停电期间正确复位。更糟糕的是，即使是低电流齐纳器也需要100µA来实现调节，这在电池供电的系统中是一个相当大的负载。

理想的复位电路应该如何工作?

我们已经确定复位电路的温度容限不应超过±2.7%。但是，如果没有适当的延迟终止复位脉冲，电路就会在两种情况下发生故障:如前所述的缓慢上升的电源电压或在启动或从限电条件恢复期间显示噪声或非单调行为的电源电压。如果监测的电源电压恰好位于复位电路阈值处，则噪声将反复触发、解除触发和重新触发电路，从而导致µP的Active-low reset输入振荡。

迟滞可以解决这个问题，市场上提供了几个系列的电压检测器产品，试图解决这种困境。不幸的是，迟滞缩小了阈值的允许电压容限。在上面的例子中，我们使用的是250mV (4.75V Ð 5.0V)。如果增加100mV的迟滞，则电压上升的最小阈值比之前高100mV，即4.6V而不是4.5V。这种转换是必要的，以保证下降电压的阈值(在限电期间)将不低于4.5V。因此，为了保证两个阈值都在4.5 ~ 4.75V之间，上一个阈值必须为4.67V±1.6%。

该类型的常见电压检测器，如理光Rx5VL/Rx5VT和精工S-807，具有±2.5%和±2.4%的25°C阈值精度。实际设备工作在25°C以上，但这些产品仅指定典型的温度系数为100ppm/°C和120ppm/°C。在0°至70°C范围内，这些tc的阈值公差分别为±2.85%和±2.82%。

精工S-808家族代表了这种类型的最新精密零件。它们在25°C下指定±2%的精度，最高温度系数为350ppm/°C。在0°C到70°C的范围内，该最大温度系数对应于350e-6 × 70 = 0.0245，即2.45%。因此，我们的最坏情况精度为±3.225%。如果我们假设最坏情况下的部分不会显示出最大温度系数，而是(平均而言)大约是最大值的一半，那么得到的最大变化(±2.6125%)对于上面的例子来说已经足够好了。

我们还没有考虑到滞后。上述分析表明，上升边缘阈值符合我们的规范。然而，降边阈值会更低。所有这些检测器的典型迟滞率为5%，最大迟滞率为7%或8%。在我们的例子中，上升边缘阈值在所需的范围内(4.5V至4.75V)，但下降边缘阈值可以低至4.13V。也就是说，我们不能保证在电源电压几乎超过规格0.4V时才能检测到停电!

电子拖延症就是答案

为了防止在检测阈值处的振荡行为而不采取过度迟滞，我们必须延迟复位脉冲的后缘。如上所述的RC电路，在电源电压超过检测器的阈值后，复位脉冲必须保持一段时间。这个时间间隔称为“延迟时间”或“重置活动超时时间”。然而，与RC电路延迟不同的是，当电源电压穿过检测器中精确修剪的阈值时，该电路会触发延迟。延迟也应该是可重新触发的，以防止在µP的复位信号振荡。当缓慢上升的电源电压在检测器阈值处引起多个触发事件时，每个事件应重新启动超时。

提供这种基本功能的设备已经存在很长时间了，近年来已经可以使用微小的三端SOT23封装。第一个SOT23器件(MAX809)已经成为一个被大量复制的行业标准。通用809可提供几个出厂调整的复位阈值，它在-40°C至+85°C范围内提供±2.6%的保证精度。809还保证了140ms的最小活动超时重置周期。它提供了上面描述的所有特性，并且比离散组件方法简单得多。图3说明了809电路的简单性。

图3。三端监控IC结合了电压监测(启动和停电)和复位延迟能力。

MAX809的功耗高达60µA。该部分的一些最新克隆，包括IMP的IMP809和ETC的ETC809，其最大电源电流在15µA至20µA范围内。然而，新的MAX6326和MAX6346系列以更低的电源电流提供相同的功能。对于低于3.2V的阈值电压，它们最大绘制1µA(典型0.5µA)，对于更高的阈值电压，它们最大绘制1.75µA(典型1µA)。

当电源监控不够时

三端管理器提供了主要的管理功能，但许多应用需要更多的管理器。通常需要的基本功能是按钮或手动复位输入。此功能允许您通过瞬时按钮开关启动重置。它也可以门控多个二进制信号或另一个复位到µP的复位输入。该输入与电源监视器中使用的延迟功能相同。增强型监控器需要第四个引脚，由SOT-143(一个四引脚SOT-23)提供。上述三端设备的大多数制造商也生产包含此功能的四端设备。

大多数早期的SOT器件都有5个左右的标准阈值电压。然而，Maxim的四端设备(MAX6314和MAX6315)中的两个代表了越来越多的监视器中的第一个，这些监视器可以提供广泛的自定义阈值和复位超时。最常见的组合是标准产品，但工程师也可以指定从2.5V到5.0V的阈值电压，增量为100mV，最小复位延迟时间为1ms, 20ms, 140ms或1.12s。

汪!

基于微处理器的系统的另一个常见需求是看门狗定时器(WDT)。wdt提供了对流氓软件和其他导致软件执行“跑到杂草中”的异常的保护。WDT只是一个可重新启动的定时器，它的输出(Active-low WDO)在超时时改变状态，重置µP或产生中断。为了防止WDT超时，您可以从μ P连接一条I/O线到WDT输入(WDI)。然后，软件必须在这一行产生转换，在超时之前反复重启看门狗。否则，WDO将触发中断或重置。

但是我的微处理器有看门狗功能

许多微处理器都有内部看门狗定时器，但许多wdt不提供完整的保护。通常，WDT可以通过软件禁用或启用。如果软件可以禁用WDT，那么WDT就不能完全保护系统免受软件的侵害。为了消除这种负担，您需要一个不能被软件禁用的外部硬件看门狗计时器。

许多部件都具有此功能，包括达拉斯半导体公司普遍使用的DS1232;它是市场上复制最多的监控电路之一(图4a)。这部分提供了与四端器件相同的功能，加上一个可通过其TD引脚编程的WDT，可用于三个不同周期中的任何一个。使用TOL引脚，还可以将阈值设置为两个出厂设置电压之一。1232还具有互补复位输出。最初的版本只有8引脚dip和16引脚wide-SO封装。更新的版本可在8引脚SO。

大多数应用不需要1232的可编程性或互补输出。消除这些功能将引脚数降低到5，允许在SOT23的5引脚版本中实现剩余功能。在五脚SOT23中可用的第一个这样的部件是MAX823和MAX824(图4b)。与1232一样，它们的WDT输出与电源监视器输出内部门控，以提供单个Active-low RESET输出。MAX823有active-low active-low RESET, MAX824有active-high RESET。

与三端和四端器件一样，这些首批五针SOT器件产生了一系列部件，为设计人员提供了更大的变化和灵活性。例如，MAX6316到MAX6322器件在SOT23-5中提供了多种功能组合和输出结构。这些产品的可用版本提供在2.5V和5.0V之间以100mV增量的重置阈值，四种不同的最小重置超时(1ms、20ms、140ms或1.12s)，以及四种不同的最小WDT超时时间(4.3ms、71ms、1.12s或17.9s)。

用单个芯片监测多个电压

许多系统需要多种供电电压才能运行。这些电压可以用多个设备监测，但大多数设计人员更喜欢用单个设备监测两个或更多电压。例如，Dallas DS1834可以监控5V电源和3V或3.3V电源。

包括数字电路和数字电路的系统通常需要同时监控数字电源电压以及正、负电源电压。MAX6304, MAX6307或MAX6310 (SOT封装)，加上四个外部电阻可以完成这项工作。ic的不同之处在于其复位输出的结构:低真开漏、低真推挽或高真推挽。它们使用工厂预设的复位阈值监测V(CC)引脚的电压，阈值范围为2.5V至5.0V，步进为100mV。每个器件包括外部设置的欠压和过压比较器，其阈值由外部分压器设置。这两个比较器的欠压和过压输入可以实现窗口复位功能，当特定电压过高或过低时(通过产生复位)给出警告。

或者，您可以将过压输入用作负电压的欠压检测器。将此功能与预设和可配置的欠压检测器相结合，使芯片能够监测逻辑电压(如5V)以及正负电压(如±12V)(图5)。所示器件具有低真推挽复位输出(6310基数)，标称4.63V预设阈值('46'后缀)和标称200ms复位超时(D3后缀)。所示的外部电阻在电压小于±10V时产生复位。

图5。内部比较器实现欠压/过压警告和窗口复位功能。

当电源电压丢失时，为了确保SRAM内容和其他关键功能的连续性，许多旧的监控电路能够(同时复位)将应用于这些子系统的电源从系统电源切换到备用电池。随着闪存的出现，这种电池备用切换的需求正在下降，但它仍然存在于许多系统中。大多数旧的监控芯片都有内部开关，用于电池和系统供电，对于较大的负载，它们也可以通过驱动外部晶体管来切换系统供电。

电池备用切换的配套功能是芯片使能写保护或芯片使能门控(低激活CE门控)。来自µP或地址解码逻辑的Active-low CE线通常会进入SRAM，而不是通过监控芯片路由到SRAM。这个信号通常会原封不动地通过芯片。然而，在复位期间，监控芯片强制激活低CE高，禁止对存储器的访问，从而保护SRAM内容不被暂时失去意识的μ P错误写入。

大多数最新的监控芯片都是相对简单的器件，位于诸如SOT之类的小封装中，但有些芯片提供了额外的功能。例如，MAX818提供基本的电源监控和看门狗功能，以及8针µMAX封装中的备用电池切换和CE门控(图6)。该部分的备用电池切换电路还提供“电池新鲜度密封”，防止在发货前安装在产品中的电池放电。

图6。该监控装置包括看门狗定时器、备用电池切换和芯片使能门控，以及基本的电源电压监测。

在产品生产过程中开启新鲜度密封:电池安装后，测试设备将Active-low CE OUT线强制接地，施加V(CC)，待复位超时时间过后再移除V(CC)。内部电池备用电路保持电池和负载断开，即使当监控芯片断电。然后芯片返回到正常的操作下一次V(CC)应用(没有外部保持低激活CE OUT低)。

在更复杂的设备中提供的另一个功能是低线输出。这个二进制输出由一个内部比较器触发，该比较器监视电源电压，其阈值略高于复位阈值。通过中断监控该引脚，µP可以提前警告由于电压骤降而即将发生的复位。

一些设备提供内部“电源故障”比较器，其中一个输入连接到内部参考，而另一个输入(和输出)未提交。这种安排允许设计人员使用外部分压器检测任何所需的电压水平。它通常用于检测应用于V(CC)稳压器的电池或线源的原始电压。当输入电压接近允许适当调节的最小值时，断电输出通知µP。这种早期预警可以使系统在电源故障之前执行有序关机。这种复杂的多功能监控电路包括DS1236、MAX793和MAX807。

然而，某些复杂的关键任务应用程序的要求超出了任何单个芯片的能力，包括这些多功能监视器。来自motion Engineering Inc. (Santa Barbara, CA)的高端多轴运动控制器就是一个很好的例子。这些系统(XMP系列)采用标准监控器和一些最小外部逻辑的组合实现了独特的综合保护方案(图7)。该系列的初始成员(PCI版本和紧凑型PCI (CPCI)版本)提供150+ MFLOPS的DSP电源和控制多达16轴;即，16个电机紧密同步。

图7。多个集成电路为复杂的关键任务系统提供监督保护。

由于控制器和电机驱动器之间的实际标准接口是±10V信号，因此XMP通过板载DC-DC转换器产生±15V电源电压，为输出级供电。它利用这些电压以及±12V， +5V和+3.3V是CPCI规范的标准。对于PCI版本的运动控制器，3.3V是使用另一个DC-DC转换器从5V衍生出来的。因为输出直接控制电机速度(或转矩)，它们在故障状态下复位为零。系统监控所有电源电压，如果任何电源电压超出规格，它将关闭输出。

类似地，硬件采用看门狗定时器(WDT)来保护自身、电机和电机负载免受软件问题的影响。WDT的短超时(4ms)在损坏发生之前捕获错误条件。在启动时，WDT必须暂停，直到主机计算机和XMP启动并同步。然后，WDT以这样一种方式启用，即软件不能在没有DSP完全复位的情况下再次禁用它。

主机或外部信号也可以触发硬复位，导致完全重新启动，使板处于与初始上电后相同的状态。WDT仅触发软复位，复位输出并导致fpga复位其I/O而不改变其配置。软复位条件被锁定，直到主机决定要做什么。所有其他来源都会导致硬复位。

一个MAX6307监控±15V电源;另一个监控±12V电源。如上所述，过压输入充当负电源电压的欠压检测器。漏极开路复位输出通过线控和门控，由主机产生复位，通过PCI接口将特定值写入CPLD寄存器。结果应用于MAX6315的手动复位(/MR\)输入，外部复位输入应用于另一个MAX6315的/MR\输入。一个6315(出厂设置为4.63V)监控5V电源，另一个(出厂设置为2.93V)监控3.3V电源。它们的有线输出产生硬复位，导致整个电路板返回到上电状态。

µMAX封装中的MAX6303用于看门狗定时器。该设备使用两个外部电容为看门狗和复位功能设置独立的超时时间。看门狗周期根据WDS数字输入的状态乘以1X或500X。外部WDT电容和WDS引脚的组合提供了从100µs到几分钟的WDT周期。MAX6303还具有一个欠压检测器(未使用)，该检测器设置有两个外部电阻。

驱动MAX6303 WDS引脚高和浮动其WDI输入禁用其WDT。在XMP上的CPLD中的DSP电路中使用此功能和两个标志，在硬复位后禁用MAX6303的WDT。第一面旗帜作为WDT频闪;第二个为WDT /ENABLE\(低真值)。频闪信号在被应用到WDI之前要经过CPLD中的三态缓冲器。使能信号由CPLD上的触发器注册，触发器输出控制频闪的三态缓冲器。

这个触发器和类似的CPLD电路在频闪信号的路径上确保两个信号都处于高状态，从而禁用WDT。一旦DSP正确启动，它将ENABLE标志设置为低。此动作清除WDS触发器为零，从而允许频闪信号从CPLD传播到WDT输入。这种转换使WDT成为可能。触发器的配置使得WDS输入不能在没有DSP完全复位的情况下再次高电平。为了避免软复位，DSP现在必须每4毫秒服务一次WDT。

WDT的Timeout在CPLD中异步锁存其复位输出，这反过来清除驻留在CPLD中的主机接口寄存器。此操作标记已发生软复位的主机。锁存复位退出CPLD对FPGA进行软复位，并通过硬复位(MAX6315输出)进行门控，以禁用(零)输出。SOT封装中的74x08栅极可以工作到非常低的电压，确保在5V电源下降时复位仍然有效。由于-control输出已被禁用，主机现在可以随意决定要做什么。它可以通过PCI接口重新启动DSP，并在DSP准备好时通过清除锁存来消除软复位。或者，它可以重新启动整个系统。

使用三个标准的监控产品，一个普通的sot23封装的门，和最小的CPLD资源，MEI实现了非常复杂的保护。该电路包括5个SOT封装、8个小型电阻器、2个小型电容器和一个8引脚µMax封装，其尺寸是so - 8封装的一半。所需的总电路板空间大致与标准16引脚SO和8引脚SO封装所占用的空间相同。

微处理器监控ic为当今大多数应用提供了所需的保护，从最简单的上电复位到复杂的多种监控功能。为了最大限度地延长系统的正常运行时间，设计人员必须了解这些ic的功能、效用和限制。即使没有单个部件包含特定应用程序所需的所有功能，明智地使用较小的构建块组件也可以在最小的空间使用下实现经济高效的工作。