【導讀】有經驗的工程師都知道，係統最危險的時刻之一是通電的時候。根據時間常數以及電源軌達到標稱值的順利程度和速度，不同的 IC 和係統零件可能會開啟
、鎖定或以不正確的模式開啟

，因為這些器件試圖相互配合工作。麵臨的更大挑戰是，上電時與時序和壓擺率相關的 IC 性能可能是溫度
、相關電容器、機械應力

、老化和其他因素的函數。

當dang工gong作zuo電dian壓ya軌gui下xia降jiang至zhi較jiao低di的de個ge位wei數shu值zhi時shi
，就jiu會hui加jia劇ju潛qian在zai的de問wen題ti
，從cong而er減jian少shao在zai標biao稱cheng電dian源yuan軌gui下xia工gong作zuo時shi的de動dong態tai餘yu量liang。所suo有you這zhe些xie因yin素su都dou有you可ke能neng造zao成cheng開kai啟qi性xing能neng不bu一yi致zhi和he令ling人ren沮ju喪sang的de調tiao試shi過guo程cheng。

因此，模擬 IC 供應商設計出了專用監管 IC
，以消除上電時的不確定性和不一致性。本文將定義和描述毛刺問題
，然後說明如何通過增加 Analog Devices 的一些小型專用 IC 來避免毛刺。

什麼是毛刺？

與諸如“緩衝器”或“可編程”等許多工程術語一樣
，“毛刺”的具體含義也是視上下文而定的。毛刺可能是：

●   信號或電源線路上的噪聲引起的尖峰

●   負載瞬態導致的突發性電源軌短暫下降

●   由於柵極驅動器的導通/關斷時間不同，電橋中的上

、下MOSFET 意外同時導通時的微秒級時間段（這種情況非常糟糕）

●   由於時序容差和組件之間的差異造成的瞬間不確定信號和競爭情況

本文將探討在接通電源
、集成電路過渡到正常工作狀態的“上電”qijiankenengchuxiandemaoci

，tebieshizaididianyaxitongzhong。cileishangdianmaocitebielingrentouteng
，yinweitamenkenengdaonanyitiaoshidejianxiexingwenti，erqiezhexiewentiyoumeiyoumingxiandeguanlianxinghuoyizhixing。youyumaociyoufatiaojianwangwangshi“在邊緣”，它們的發生可能隨溫度、電源線容差（雖然仍在規格範圍內）
、同一設備批次中個別元件的變化以及其他難以確定的因素而發生變化。

什麼是毛刺
，來源於何處
？我們來考慮具有微控製器和相關監控/保護複位 IC 的係統，後者的作用簡單而集中：在上電
、掉電和斷電情況下保持係統可靠運行（圖 1）。

圖 1：要了解毛刺來源
，首先需要了解簡單的典型微控製器及其相關監控/保護複位 IC 的布局

，這兩者都由電池及各自的穩壓器供電。（圖片來源：Analog Devices）

在典型的電池供電型應用中，DC-DC 轉換器由小型低壓電池產生電源軌。監控 IC 一般置於 DC-DC 轉換器和微控製器之間，用於監測電源電壓並啟用或禁用微控製器。

監控 IC 通過準確監測係統電源，然後斷言微控製器的使能輸入或取消其斷言

，以確保運行可靠。微控製器的啟用和禁用是通過監控 IC 的複位輸出引腳管理的。該引腳通常是開漏引腳
，與一個10 kΩ 上拉電阻器相連接。該監控 IC 可監控電源電壓並在輸入電壓低於複位閾值時發出複位信號。

zaishoujiankongdianyashenggaozhiqibiaochengdianyazhideyuzhihou，fuweishuchuzaifuweichaoshizhouqineibaochiyouxiao，ranhoujiechu。zheyang
，mubiaoweikongzhiqijiukebaituofuweizhuangtaibingkaishigongzuo。

但是，在監控 IC 開啟並將複位線路拉低之前，複位線路會發生什麼

？我們仔細觀察典型的上電順序就能找到答案（圖 2）。當電源軌 VCC 開始上電時，微控製器和監管 IC 都處於斷開狀態。因此
，複位線路處於浮動狀態，10 kΩ 上拉電阻使其電壓跟蹤 VCC。

圖 2：在典型上電序列中，複位線路處於浮動狀態，所以其電壓可跟蹤電源軌 VCC 的上升情況。（圖片來源：Analog Devices）

這種電壓上升可能在 0.5 V 至 0.9 V 之間，且有可能造成係統不穩定。隻要監控 IC 啟動

，複位線路就被下拉，從而防止微控製器意外啟動。這種毛刺是所有前幾代監控 IC的共性問題。

低電壓係統將該問題放大

隨著在越來越低的電壓下工作的低功耗設備日趨增多，這種毛刺也就變成了主要問題。我們來考慮具有 3.3 V
、2.5 V 和 1.8 V 三個邏輯電平的係統（圖 3）。對於 3.3 V 係統，輸出低壓閾值 (Vol) 和輸入低壓閾值 (Vil) 在 0.4 V 和 0.8 V 之間。如果在 0.9 V 時出現毛刺
，將有可能由於開啟和關閉操作導致處理器變得不穩定。

圖 3：邏輯電平從 3.3 V 降至 1.8 V
，相關的電壓閾值也是如此。（圖片來源：Analog Devices）

標稱 1.8 V 係統的情況更為敏感。現在，Vol和 Vil 要低得多，分別為 0.45 V 和 0.63 V。在這個係統中，0.9 V 毛刺代表了更大的百分比，使其有更大的潛在錯誤。

毛刺影響了係統運行時，這種情況將如何發展
？我們來考慮一下電源電壓 VDD 緩慢上升到 0.9 V，並在該值處保持一小段時間（圖 4）。雖然這個電壓不足以開啟監控 IC，但仍可能開啟微控製器
，並使其在不穩定狀態下運行。由於在 0.9 V 時處於不確定狀態，所以微控製器 RESET 輸入會將毛刺解釋為邏輯 1 或 0，從而錯誤地將其啟用或禁用。

圖 4：當電源電壓 VDD 上升至 0.9 V 並保持時
，微控製器可能會不穩定地開啟和關斷。（圖片來源：Analog Devices）

這將導致微控製器隻執行部分指令或不能完整地寫入存儲器

，這僅僅是可能發生的兩種情況
，但可能導致係統故障和出現災難性後果。

解決毛刺問題

kefuzhegewentibingbuxuyaohuifudaogenggaodedianyagui，yebuxuyaocaiyongfuzadexitongjijiagoulaixiaochumaocihuojiangqiyingxiangjiangdaozuidi。xiangfan，womenxuyaoxinyidaijiankong IC，無論在上電或斷電條件下的電壓水平如何
，都可以識別問題的獨特方麵並防止出現毛刺。

實現這一目的需要采用專有的電路和 IC，如 MAX16162，這是一款具有無毛刺上電功能的毫微功耗電源監控器。有了這款采用四凸點 WLP 和四引腳 SOT23 封裝的小型 IC，隻要 VDD 低di於yu閾yu值zhi電dian壓ya
，複fu位wei輸shu出chu就jiu會hui保bao持chi低di電dian平ping
，從cong而er防fang止zhi複fu位wei線xian路lu上shang出chu現xian電dian壓ya毛mao刺ci。一yi旦dan達da到dao電dian壓ya閾yu值zhi並bing且qie延yan遲chi時shi間jian結jie束shu，複fu位wei輸shu出chu就jiu取qu消xiao斷duan言yan並bing啟qi用yong微wei控kong製zhi器qi（圖 5）。

圖 5：隻要 VDD 低於閾值電壓，MAX16162 就會保持複位輸出為低電平，以防複位線路上出現電壓毛刺。（圖片來源：Analog Devices）

不同於傳統監控 IC 在 VCC 非常低時無法控製複位輸出狀態，MAX16162 的複位輸出保證在達到有效的 VCC 水平之前一直保持斷言狀態。

MAX16161 是 MAX16162 的近親
，規格幾乎相同

，但存在一個功能差異且前者對一些引腳布局進行了重新定義（圖 6）。該器件配備了手動複位 (MR) 輸入
，會在接收到適當的輸入信號時發出複位信號。根據具體選擇，該信號可以是低電平有效或高電平有效信號。相比之下

，MAX16162 沒有 MR 輸入
，而是配備獨立的 VCC 和 VIN 的引腳，允許閾值電壓低至 0.6 V。

圖 6：MAX16161 和 MAX16162 類似，但在功能和引腳方麵有個小區別：MAX16161 配備 MR 輸入，會在收到適當的輸入信號時，發出複位信號，而 MAX16162 則有單獨的 VCC 和 VIN 引腳。（圖片來源：Analog Devices）

定序器與監控器之對比

另一對存在一些重疊和歧義的術語是定序器和監控器。監控器用來監控單個電源電壓

，並在規定條件下斷言複位/釋放複位。與此相反，定序器用來協調兩個或多個電源軌之間的相對複位和 “電源良好”斷言。

MAX16161 和 MAX16162 可用作簡單的電源定序器（圖 7）。在第一個穩壓器的輸出電壓變為有效後，MAX16161/MAX16162 會插入一個延遲，並在複位超期後為第二個穩壓器生成使能信號。由於 MAX16161/MAX16162 在電源電壓變為正確值之前永遠不會取消複位，因此受控電源永遠不會被錯誤地啟用。

圖 7：可以對使用 MAX16161 的電路進行配置
，這樣該器件不僅可以確保無毛刺上電
，還可以管理兩個電源軌之間的電源軌定序。（圖片來源：Analog Devices）

也有許多設計具有多電源軌和更複雜的定序要求。此時
，Analog Devices 的 LTC2928 多通道電源定序器和監控器便是一種解決方案（圖 8）。

圖 8：LTC2928 電源定序器管理四個獨立電源軌之間的上電和掉電順序，並使用戶能夠控製關鍵參數。（圖片來源：Analog Devices）

采用這款四通道級聯電源定序器和高精度監控器，設計者隻需幾個外部元件就能配置電源管理定序閾值、順序和時間。該器件能夠確保電源軌按所需的順序啟用。除了開機定序外，該器件還可以管理互補的、通常同樣關鍵的斷電定序。

定序輸出用於控製電源使能引腳或 N 溝(gou)道(dao)傳(chuan)輸(shu)門(men)。其(qi)他(ta)監(jian)控(kong)功(gong)能(neng)包(bao)括(kuo)欠(qian)壓(ya)和(he)過(guo)壓(ya)監(jian)測(ce)及(ji)報(bao)告(gao)，以(yi)及(ji)生(sheng)成(cheng)微(wei)處(chu)理(li)器(qi)複(fu)位(wei)。報(bao)告(gao)故(gu)障(zhang)的(de)類(lei)型(xing)和(he)來(lai)源(yuan)，用(yong)於(yu)進(jin)行(xing)診(zhen)斷(duan)。提(ti)供(gong)單(dan)個(ge)通(tong)道(dao)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)，以(yi)便(bian)獨(du)立(li)執(zhi)行(xing)使(shi)能(neng)輸(shu)出(chu)和(he)監(jian)控(kong)功(gong)能(neng)。對(dui)於(yu)具(ju)有(you)四(si)個(ge)以(yi)上(shang)電(dian)源(yuan)軌(gui)的(de)係(xi)統(tong)，可(ke)很(hen)容(rong)易(yi)地(di)連(lian)接(jie)多(duo)個(ge) LTC2928，為無限個電源定序。

結語

每(mei)個(ge)應(ying)用(yong)中(zhong)都(dou)有(you)毛(mao)刺(ci)，但(dan)到(dao)目(mu)前(qian)為(wei)止(zhi)這(zhe)些(xie)毛(mao)刺(ci)還(hai)沒(mei)有(you)對(dui)占(zhan)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)的(de)高(gao)電(dian)壓(ya)應(ying)用(yong)帶(dai)來(lai)嚴(yan)重(zhong)問(wen)題(ti)。現(xian)在(zai)
，電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)正(zheng)在(zai)走(zou)低(di)，係(xi)統(tong)開(kai)啟(qi)可(ke)靠(kao)性(xing)會(hui)由(you)於(yu) 0.9 V 電壓毛刺而會降低。

如圖所示，設計者可以利用較新的監管 IC 來提高可靠性。這種 IC 實現了無毛刺運行，為低功耗/低電壓應用提供最大限度的係統保護。

來源：Bill Schweber，DigiKey

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