我的電源正常嗎，如果不正常怎么辦？我的微處理器還在工作嗎？

在第 1 部分中，我們研究了可以檢測電源電壓過低時的電源監控 IC 的運行情況，以及如果過低時會發生什么。我們將繼續進行分析，然后考慮如何密切關注微處理器以確保它仍然活著。

圖 1.LTC2934-1 配置為簡單的上升電壓檢測器。

這是我們在第 1 部分末尾使用的電路，如圖 1 所示。再次注意，除R3外，所有電阻值都明顯大于R3，因此R3-C1網絡上的負載量可以忽略不計。被監測的電壓和IC的電源電壓同時上升。 

圖 2.LTC2934-1 仿真顯示 PFO 節點性能異常。

查看圖 2 所示的仿真結果。我將模擬運行到僅 50 毫秒（通過更改 .tran 語句中的第二個術語），這樣我就可以仔細查看該時間跨度內的作。

圖 2 顯示了 +VCC電源電壓（藍色帶紅色箭頭）如我們預期的那樣呈指數級上升，但它顯示 PFO 節點性能異常。當電源電壓從零上升時，PFO 通過 R4 上拉電阻隨之上升（'2934 PFO FET 關閉）。在通電后約7ms至8ms時，內部電路電壓充足并活躍;PFO 開關 LO。最后，當 +VCC足夠高，使 PFI 節點足夠高，PFO 被釋放（進入 HI）。

這次作提出了一個重要問題。在 +VCC高達約 0.7 V，則不斷言 PFO。在此特定配置中，上述 +VCC1.6V，則沒有斷言PFO——但那是因為我相當武斷地選擇了R1和R2，只是為了獲得一個正常工作的電路。0.7 V 電平是問題點。系統中的大多數其他電路可能無法在 0.7 V 的電源電壓下工作——但如果它能工作怎么辦？

為了使電路更像我們使用 10 VDC 總線運行的實際系統，讓我們將電壓監控電路的跳閘點更改為 9.5 V。回想一下，PFI 電壓跳扣點為 0.4 V。我們將 R1 保留在 100kΩ，并使用分壓器公式計算 R2，如公式 1a 所示：

其中：

• V_OUT= 頂部和底部電阻結處的輸出電壓 （0.4 V）;

• V_IN= 為頂部電阻器供電的電源電壓 （9.5 V）;

• R_BOT= 底部電阻器的電阻 （100 kΩ）;

• R_TOP= 頂部電阻器的電阻。

代入這些值并使所有電阻值以kΩ為單位，我們得到公式 1b：

將每邊除以 9.5 得到公式 1c：

減少左邊分數并將兩邊乘以 [R_TOP+100]，我們得到公式 1d：

乘以等式的左側，我們得到等式 1e：

重新排列和組合類似的項，我們得到公式 1f：

最后，將雙方除以 42.1×10^-3，得到公式 1g：

我們將使用最接近的標準 5% 值 2.2 M*Omega，如圖3所示。

圖 3.此版本檢測到的電源電壓高于我以前的版本——在本例中為 9.5 V。

仿真結果如圖4a所示。V_IN為0.0 V 到 0.7 V 左右，性能又很麻煩。圖 4b 提供了上電后發生的情況的特寫視圖。 

圖 4.2934 的性能看起來更好 （a），但可能仍然存在問題。在（b）中，我通過將示意圖 .tran 語句的第二項更改為 50 毫秒再次放大。

PFO 看起來更像我們對 +10 VDC 電源電壓監控器的期望，除了電源輸出約為 0.7 V 時出現的討厭的毛刺。

為了確保這不是異常，我重新設計了電路，以用作 3.3 VDC 電源的監視器。我將低壓跳閘點設置為 3.1 V。電路如圖5所示。R2 可以使用 665 kΩ 或 681 kΩ、1% 電阻。

仿真結果如圖6所示。再次，+V_IN為0.0V至0.7V左右，性能很麻煩。

正如我上面提到的，系統中的大多數其他電路可能無法在 0.7 V 的電源電壓下工作，但某些電路可能會工作。

圖 5.這是一款 3.3 V 監視器，斷言 PFO 低于 3.1 V。

作為此類電路的設計工程師，您有責任確保您的設計正常運行。您可能需要添加額外的組件以迫使 PFO 保持在較低水平，直到 +VCC肯定足夠高。或者，回到我們開始的地方，你可能會想要制作 +VCC對監督IC始終在線。

要更詳細地了解可能遇到的問題，可以執行故障模式和影響分析，并考慮單點故障會發生什么情況。

圖6.該圖清楚地顯示了PFO問題，即PFO無法隨電源電壓上升。

一次故障會導致嚴重的問題嗎？如果發生一個故障并且它是看不見的——如果系統保持正常運行——第二次故障是否會導致嚴重問題？進行此分析將揭示可能存在的嚴重問題：故障模式是否會造成不安全條件？設備會損壞嗎？設備用戶會受到傷害嗎？

現在我們已經打開了這罐蠕蟲并發現我們無法將蠕蟲放回罐中，讓我們考慮一下是否需要監控電源軌是否存在過壓情況。這里有一個提示：我們愿意。更簡單的設備不會監控過電壓。如果電源電壓超過器件數據手冊中的最大工作電壓，它們將受到不利影響。電源下游的系統組件（因此，幾乎所有其他組件）都可能過熱或破壞性損壞。它們在受損狀態下的表現是任何人的猜測，但上面提到的相同問題和考慮因素也適用。

圖7.這是一個典型的電壓監控器（類似于我們之前看到的器件）+ WDT IC，顯示了（a）中的內部結構和（b）中的典型用法。圖片：Diodes， Inc.

還有更復雜的監控設備將電源監控與稱為看門狗定時器 （WDT） 的設備相結合。WDT 通常監控一個 μP 的輸出。在μP上運行的代碼不僅可以執行其常規功能，還可以定期切換其WDT輸出HI和LO。此作將重置 WDT IC 中的計時器，使其永遠不會超時。如果WDT IC的WDT輸入卡住（在HI或LO），定時器超時并強制對μP進行RESET。參見圖 7。

WDT 和電壓監測器將為您的 μP 系統提供大量可靠性，尤其是在您考慮可能遇到的各種故障模式后。為了進行更詳細的分析，您可以在 Spice 中模擬 μP 加 WDT 電路（假設您使用的版本具有為您正在使用的設備創建的模型）。注意：確保您使用的模型經過精心設計，可以準確模擬設備運行，直至數十到數百毫伏的電源水平。

（本文登于《EEPW》202510期）