电压监控器的重要性和输出拓扑选择

1.前言

考虑到系统可能具有的可变负载量，电源并不总是干净的，并且可能会在其典型输出值附近反弹。通过电源的这种反弹，称为电压监控器的设备可以提供针对意外浪涌或电源下降的保护，并提高电子设备的效率。这使得电压监控器成为任何电子应用中的必要条件。

市场上可用的电压监控器产品通过阈值选择、多通道监控选项、检测精度、输出配置、固定或可调延迟和看门狗功能等特性而与众不同。在这篇文章中，我将重点介绍不同的输出配置，并回顾在使用这些输出拓扑进行设计时应考虑的事项。

2.输出配置

将监控器视为模数转换器。它检测电源电压（模拟）并提供一个标志（RESET 或 SENSEOUT 引脚），这是一个数字信号。数字信号输出可以采用开漏或推挽拓扑。

3.开漏输出拓扑

以下是使用开漏输出拓扑进行设计时需要考虑的一些事项：

· 开漏输出提供了灵活性，因为它们可以上拉至任何电压（在绝对最大值内）以符合负载逻辑，而不是将输出上拉至监控器的电源电压或检测电压。上拉电阻可适当限制电流并保持低电平输出电压 (VOL) 和高电平输出电压 (VOH) 规范。

· 可以通过单个上拉电阻将多个开漏输出连接在一起。开漏输出还可以上拉至符合负载逻辑的任何电压，从而为设计人员提供了灵活性。

· 上拉电阻不能太低，以免流经开漏的电流损坏监控器。当内部 n 沟道金属氧化物半导体 (NMOS)（图 1）开启时，来自上拉电阻的电流将通过 NMOS 并被拉至地。我们应该根据两个标准选择上拉电阻。第一个标准是监控器推荐的最大复位或检测电流，称为 IRESET 或 ISENSE，在数据表中指定。如果接地的电流高于 IRESET，则监控器的内部 NMOS 可能会损坏。第二个标准基于电压监控器输出连接到的负载的 VOL 要求。由于复位/检测电流的增加，较低的上拉电阻也会导致较高的 VOL。

· 上拉电阻不能太高，以免高温下通过开漏电阻的漏电流超出数据表中的 VOH 规格。通过增加上拉电阻，VOH 由于较小的复位或感测电流而降低，从而导致内部金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 上的电压降较小。

· 输出上升时间由上拉电阻和输出板寄生电容决定。要获得更快的上升时间，请使用较小的上拉电阻。

· 监控器的静态电流 (Iq) 不包括通过上拉电阻的电流。如果上拉电压从电源中拉出，总系统 Iq 将增加，因为电源电流也将通过上拉电阻。如果上拉电压连接到另一个电源，系统 Iq 将等于数据表中的监控器 Iq。由于上拉电压可以连接到不同的电源，因此监控器的 Iq 规范没有考虑使用公共电源产生的额外输出电流。

· 开漏输出配置需要一个额外的组件，一个上拉电阻，从输出连接到电源。如果没有上拉电阻，当内部 NMOS 关闭时，输出是不确定的，因为将没有可拉动的电源。

· 开漏输出可以随输出上拉电源而变化，任何瞬态耦合都取决于所使用的上拉电阻。较高的上拉电阻可以最大限度地减少来自输出上拉电源的瞬变影响。

图 1：开漏输出使用内部 N-MOSFET

4.推挽拓扑

以下是使用推挽输出拓扑进行设计时需要考虑的一些事项：

· 推挽配置的输出在监控器的电源电压和地之间切换，无需外部上拉电阻。请注意图 2 中的输出如何不使用图 1 中的电阻器，以及图 2 中如何不存在 Vpullup。Vdd 和接地通过 2 个 MOSFETS 切换。

· 推挽配置的输出电压永远不会超过监控器的电源电压 0.3V 以上，因为体二极管会导通并损坏设备。体二极管在正向偏置模式下会承受过大的电流。

· 监控器的静态电流包括通过可连接在监控器输出端的外部电阻器的电流。

· 不可能像开漏输出拓扑那样将推挽输出连线或连接在一起。

· 推挽输出非常适合高速应用，因为推挽输出没有上拉电阻在开漏拓扑中引起的额外延迟。

图 2：在推挽输出拓扑中，p 沟道 MOS (PMOS) 和 NMOS 连接在一起，类似于反相器

如何识别低电平有效和高电平有效

不同类型的监控器监控欠压和过压情况，并在低电平有效或高电平有效输出拓扑中提供 RESET/FLAG/POWERGOOD/SENSEOUT。“SENSEOUT”和“POWERGOOD”标记的引脚在监控器检测到电源电压处于正常工作状态时激活，而“RESET”标记的引脚在监控器检测到电源电压出现故障（欠压或过压）时激活健康）状况。

过压高电平有效监控器意味着只要电源超过 VIT+，发出过压条件信号，RESET 就会激活为逻辑高电平。

表 1 可以帮助我们识别不同的方案。

表 1：高电平有效与低电平有效监控器。