任何嵌入式設計中最重要的功能之一是確保正確保存重要數(shù)據(jù)，并在電源故障時系統(tǒng)達到安全/已知狀態(tài)。具有電壓檢測輸入的CPU監(jiān)控器可以監(jiān)控上游電壓電源，并向微處理器提供警告信號，指示電源故障。這允許微處理器有時間保存關鍵數(shù)據(jù)，并在CPU監(jiān)控器（也將監(jiān)視處理器的電源）重置處理器之前達到安全/已知狀態(tài)。本應用筆記介紹了如何在上游電源的跳變電平上增加遲滯，以防止電源故障警告信號因噪聲而顫振。該電路為生產(chǎn)復雜的電源監(jiān)控系統(tǒng)提供了很好的工具，有助于產(chǎn)生魯棒的嵌入式設計。

CPU 管理引擎基礎知識

基本 CPU 管理引擎監(jiān)視處理器的 VCC，并在 VCC 降至預定級別 VCCTP 以下時重置處理器。VCCTP通常比標稱VCC值低5-20%。此功能可防止處理器在 VCC 低于處理器的指定電源電壓范圍時運行。大多數(shù) CPU 監(jiān)控器還提供復位延遲，在 VCC 達到其指定值后，處理器的復位線保持活動狀態(tài)幾毫秒。這允許在向處理器通電后，復位在短時間內保持活動狀態(tài)，以便外設準備好進行通信，并且它為電源提供了在處理器開始執(zhí)行之前穩(wěn)定的機會。

這些功能本身有助于產(chǎn)生相當強大的電力監(jiān)控系統(tǒng);但是，當電源出現(xiàn)故障時，仍然會出現(xiàn)問題，因為一旦VCC降至VCCTP以下，復位線將立即設置為活動狀態(tài)。由于沒有警告信號允許處理器保存重要數(shù)據(jù)并達到安全狀態(tài)，因此無法確保系統(tǒng)已準備好進行復位。

電壓檢測輸入

CPU監(jiān)控器內的電壓檢測輸入是具有內部溫度和電壓補償基準的比較器。內部基準電壓（在下面的公式中以VREF為基準）通常為1.25V或2.5V。通過將電壓檢測輸入與外部分壓器一起使用，監(jiān)控器可以提供可調節(jié)的跳閘電平監(jiān)視器，可以檢測高電壓。圖1所示為無遲滯的經(jīng)典電壓監(jiān)控器。在該電路中，每當VIN降至使用公式1計算的VIN跳變電平（VINTP）以下時，不可屏蔽的中斷輸出（“NMI-bar”）就會被置位。

圖1.經(jīng)典的電壓檢測電路。

在利用穩(wěn)壓器產(chǎn)生微處理器V的系統(tǒng)中抄送從上游電源，可以使用具有電壓檢測輸入的CPU監(jiān)控器來監(jiān)控上游電源。當上游電源的電壓開始下降時，會在微處理器的穩(wěn)壓器輸出超出規(guī)格之前檢測到。這為微處理器準備即將發(fā)生的電源故障提供了時間。

在達拉斯半導體的CPU監(jiān)控器上，電壓檢測輸入通常標記為IN，其相應的輸出（旨在路由到微處理器的不可屏蔽中斷輸入）標記為“NMI-bar”。應該注意的是，這些設備的“NMI-bar”輸出并不總是互補輸出。例如，DS1831具有漏極開路輸出，在“RST-bar”和“NMI-bar”上都需要一個上拉電阻。有關帶電壓檢測輸入的監(jiān)控器列表，請參見圖2。

向CPU監(jiān)控器電壓檢測輸入添加遲滯

達拉斯半導體CPU監(jiān)控器上的電壓檢測輸入不提供任何內部遲滯，但通過增加一個反饋電阻（如圖3所示），可以增加遲滯。等式 2 和 3 計算 V在具有附加滯后的跳變點。電壓高于 VINTP_PG將導致“NMI-bar”被取消斷言，因為電源處于足夠的水平。電壓低于 VINTP_PF將斷言“NMI-bar”以指示電源故障。公式4計算反饋電阻增加到電路中的遲滯量。這表明減小反饋電阻的值會增加遲滯量。圖4顯示了作為V函數(shù)的遲滯在.

圖3.帶遲滯的高壓監(jiān)視器。

圖4.“NMI-bar”輸出滯后作為V的函數(shù)在.

示例電路顯示MAX1615穩(wěn)壓器，配置為使用5/“0 bar”輸入提供5.3V電源。穩(wěn)壓器的電壓輸入，V在，由電壓檢測輸入（DS1707的V裁判= 1.25V，典型值）的DS1707。DS1707由圖3所示的電阻配置，允許在V時工作在> VINTP_PG= 8.32V。當 V在< VINTP_PF= 8.04V，“NMI-bar”輸出將被置位，以通知處理器V在供應失敗。此設置提供 280mV 的遲滯，以防止 “NMI-bar” 輸出在 V在，可能會有中度噪音，會在較長時間內保持在監(jiān)控跳變點附近。除了監(jiān)控 V在，DS1707監(jiān)測MAX1615的輸出（V抄送），以確保其保持在DS1707的5.0V 10%跳變電平之上。

處理“NMI-bar”中斷

在這種情況下，“NMI-bar”中斷的目的是確保處理器在上游電源發(fā)生故障時正常關閉自身，這最終將導致 3.3V/5V 電源發(fā)生故障。一種簡單的方法是保存應用程序的所有數(shù)據(jù)，使應用程序進入安全狀態(tài)，并停止執(zhí)行，直到電源恢復。圖 5 顯示了完成此任務的偽代碼。

圖5.“NMI-bar”中斷服務例程的偽代碼

• 保存應用程序的數(shù)據(jù)
• 關機應用程序（將系統(tǒng)置于安全關機狀態(tài)，通知用戶等）
• 如果（“NMI-bar”> = 1）
  則電源已恢復：從上次中斷的位置繼續(xù)執(zhí)行或重新啟動應用程序
  否則 上行功率仍低于跳閘電平：繼續(xù)輪詢“NMI-bar”，直到 3.3V/5V 電源故障或上游功率回升至跳閘電平以上。

如圖5所示，可以輪詢“NMI-bar”引腳以確定電源是否已恢復或仍低于跳變電平（VINTP_PG).如果它低于行程水平，它可以表示 V在仍在下降，但處于足夠高的電壓水平，穩(wěn)壓器可以保持V抄送，或者電源處于“變電”狀態(tài)。如果下降得足夠遠，穩(wěn)壓器將無法再提供V抄送到DS1707容差范圍內的系統(tǒng)，這將復位處理器。如果上游功率回升至以上（VINTP_PG），應用程序可以從頭開始重新啟動，也可以從中斷的位置重新啟動，具體取決于系統(tǒng)的要求。在對該算法進行編程時要記住的關鍵事項是情況的時機。當電源故障時，處理器保存數(shù)據(jù)并達到安全狀態(tài)所需的時間將取決于系統(tǒng)。因此，該算法應盡可能短，并經(jīng)過廣泛測試，以確保該例程在DS1707關斷應用之前關閉應用并輪詢“NMI-bar”引腳，因為V抄送失敗了。

結論

遲滯可以通過利用反饋電阻器添加到任何電壓檢測輸入。如果輸入電壓懸停在跳變點附近，遲滯可防止CPU監(jiān)控器的“NMI-bar”輸出因噪聲而顫振。這提高了“NMI-bar”輸出信號的質量，該信號用作電源故障的預警。當處理器收到“NMI-bar”中斷時，它可以保存關鍵數(shù)據(jù)并達到定義的狀態(tài)，然后隨著電壓繼續(xù)下降而最終復位。通過允許處理器在電源故障之前每次達到相同的安全狀態(tài)，電源故障情況下的系統(tǒng)行為變得可預測且可靠。

審核編輯：郭婷