电压监控器通过监控电源并在电源故障时将微控制器置于复位模式来提高基于微控制器的系统的可靠性，从而防止系统错误和故障。 但是，噪声、电压毛刺和瞬态等电源缺陷都可能导致误复位问题，从而影响系统行为。 本文介绍电压监控器如何解决可能触发误复位的因素，以提高系统性能和可靠性。
对于需要现场可编程门阵列 （FPGA）、微处理器、数字信号处理器和微控制器进行数据计算和处理的应用，确保每个器件都能可靠可靠地运行非常重要。 由于这些器件只能在一定的电源容差范围内工作，因此对电源的要求很高。 电压监控器可用于保持系统可靠运行。 如果发生意外电源故障，例如欠压或过压，电压监控器可以立即触发操作，使系统进入复位模式。 然而，在监控电源轨中的电压时，它也会面临一些干扰，这可能会触发不需要的误复位输出。 这些干扰包括电源噪声、电压瞬变和可能来自电源电路本身的毛刺。
本文将讨论电压监控器中的不同参数，这些参数有助于解决这些电源噪声、电压瞬变和毛刺问题。 此外，还将讨论这些参数在监控电源时如何提高电压监控器的可靠性，以提高系统中在应用中的可靠性。
系统中的电源噪声、电压瞬变和毛刺
电源本身存在缺陷。 直流电路中总是存在耦合噪声伪影，这些伪影可能来自电源电路组件本身、来自其他电源的噪声以及系统产生的其他噪声。 如果直流电源是开关电源 （SMPS），则这些问题可能会加剧。 SMPS产生的开关纹波取决于开关频率。 在开关转换期间也会出现高频开关瞬变。 这些开关转换是由功率MOSFET的快速关断引起的。 图1所示为应用电路，MAX705监控器用于监测开关调节器（即微控制器的电压源）的输出，以发现任何问题。
图1MAX705监测器用于监测。
控制开关稳压器的输出，开关稳压器也是微控制器的输入电压源。
除了稳态工作噪声伪影外，电源中还存在明显的电压瞬变。 在启动过程中，通常会观察到与电源反馈环路响应相关的电压输出过冲，然后是一段时间的电压振铃，直到电压稳定。 如果反馈环路补偿值未得到优化，则此振铃可能会更严重。 在瞬态或动态负载期间，也可以观察到电压过冲和下冲。 在特定应用中，有时负载需要更多的电流来执行复杂的过程，从而导致电压下冲。 另一方面，立即或以快速斜坡速率降低负载将导致电压过冲。 由于外部因素，电源中也可能发生短时电压毛刺。 图 2 显示，在不同情况下，电源电压可能具有不同的电压瞬变和毛刺。
图2不同场景下电源电压的可观察到的电压瞬变和毛刺。
系统中也可能发生与电源电压无关的电压瞬变，例如在某些应用中的机械开关或导电卡等用户界面中。 打开和关闭开关会在输入引脚（通常是手动复位引脚）上产生电压瞬变和噪声。 所有这些因素（电源噪声、电压瞬变和毛刺）都可能无意中达到监控器的欠压或过压阈值，如果设计中没有充分考虑这种可能性，就会触发误复位。 这会导致振荡和不稳定，不利于系统的稳定性和可靠性。
电压监控器如何解决噪声和瞬态问题，并防止系统误复位？通过几个参数，它可以帮助屏蔽与电源或监控电压相关的瞬变。 这些参数包括复位超时周期、复位阈值迟滞以及复位阈值过驱随持续时间的变化。 同时，对于电路中与机械触点相关的瞬态，例如手动复位引脚中的按钮开关，也可以通过使用手动复位设置周期和去抖动时间来屏蔽瞬态。 这些参数使电压监控器更加可靠，不受瞬态和毛刺的影响，从而防止不良的系统响应。
重置超时期限 （TRP）。
在启动期间或当电源电压上升并因欠压事件而超过阈值时，复位信号在失效之前还有一段额外的时间，称为复位超时周期 （TRP）。 例如，图3显示，在监测电压（在本例中，标记为VCC的电源电压）从欠压或启动状态达到阈值后，在/复位高电平无效之前，还有一个额外的延迟。 这段额外的时间允许监控电压稳定并保护系统免受过冲和振铃的影响，然后再启用或退出复位模式。 复位超时周期通过抑制错误的系统复位并防止振荡和潜在故障来帮助提高系统可靠性。
图3复位超时周期 （TRP） 有助于在电源电压稳定时使系统保持复位模式。
阈值滞后 （VTH+）。
阈值滞后有两个主要好处。 首先，它确保监控电压有足够的裕量，在解除复位之前超过阈值水平。 其次，它允许电源在复位之前稳定下来。 在处理带有叠加噪声的信号时，当电源波动并重新超过阈值区域时，复位输出可能会被多次转换。 如图4所示，在工业环境等应用中，噪声信号和电压波动随时可能发生。 如果没有阈值滞后，复位输出信号将在设置和未设置之间连续切换，直到电源稳定。 这会导致系统振荡。 阈值迟滞通过使系统保持复位来消除振荡，从而防止系统出现图 4 中蓝色阴影区域所示的不良行为。 这有助于监视器防止系统触发错误复位。
图4对未设置的阈值迟滞和设置的阈值迟滞进行复位输出响应（复位超时周期未显示，以关注迟滞的影响）。
复位阈值过载与持续时间的关系
在任何系统中，由外部因素引起的电压毛刺都可能在短期或长期内发生。 也可能有不同幅度的电压骤降。 复位阈值过驱和瞬态持续时间的变化与电压毛刺或过驱的幅度和持续时间有关。 振幅较大的短期毛刺不会触发复位信号集，而振幅较小且持续时间较长的过驱将触发复位，如图5所示。
图5幅度较小但持续时间较长的毛刺将触发复位信号，而幅度较大的短期毛刺不会触发复位信号。
根据毛刺持续时间，监控电源中的某些电压瞬变将被忽略。 忽略这些瞬变将保护系统免受干扰复位，例如由短期毛刺引起的复位。 这些毛刺可能会错误地触发系统重置，从而导致系统中出现不良行为。 在产品数据手册中，复位阈值过驱与持续时间的关系通常以典型的性能特征图形式呈现，如图6所示。 曲线上方的任何值都将触发复位输出，而曲线内的值将被忽略，以防止系统错误地复位。
图6是否设置复位信号将取决于过驱的幅度及其持续时间。
手动重置设置周期 （TMR） 和去抖动时间 （TDB）。
复位超时周期、阈值过驱与持续时间的关系以及阈值迟滞解决了与被监控电压（通常是系统微控制器的电源）相关的电压毛刺和瞬变问题。 对于由开关等机械触点引起的毛刺，手动复位设置周期和去抖动时间有助于减轻电压瞬变和毛刺的影响。
手动复位设置周期 （TMR） 是手动复位在触发复位输出之前保持并完成所需的时间。 一些显示器具有较长的手动复位设置周期，以增强对系统的保护。 这些在消费电子产品中很常见，必须按住几秒钟才能重置系统。 这种方法避免了意外和无意的复位，增强了保护并提高了可靠性。 在手动复位设置期间，按下开关时产生的所有短期瞬变和毛刺都会被忽略，如图7a所示，有助于保护系统免受毛刺的影响。
同样的逻辑也适用于去抖动时间。 与建立周期一样，当开关导通或关断时，去抖动时间（TDB）会忽略高频周期性电压瞬变。 这些高频瞬变将被视为无效，不会触发复位，如图7b所示。 当信号超过去抖动时间时，它被认为是来自开关或按钮的有效输入信号。
图7手动复位设置周期（MAX6444）较长的显示器的手动复位设置周期和去抖动时间图： （a） 在复位信号生效之前，需要完成手动复位设置周期 （TMR）（b） 要被视为有效的输入信号，需要完成去抖动时间（TDB）。
结论
如果没有电压监控器，系统在电压瞬变和毛刺期间面临断电和故障的风险。 在这些情况下，电压监控器通过将处理器置于复位模式来解决问题。 上述所有参数，包括复位超时周期、阈值迟滞、阈值过驱、手动复位设置周期和去抖动时间，都有助于保护电压监控器免受故障和瞬变的影响，从而提高其监控电源电压的可靠性。 因此，可以确保系统的整体性能稳定可靠。