深入解析MAX16016/MAX16020/MAX16021：低功耗微處理器監(jiān)控電路的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，微處理器（μP）的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。為了確保系統(tǒng)的可靠性和數(shù)據(jù)的安全性，常常需要使用監(jiān)控電路來對電源進(jìn)行監(jiān)測和管理。MAX16016/MAX16020/MAX16021系列低功耗μP監(jiān)控電路就是這樣一款優(yōu)秀的產(chǎn)品，它不僅具備多種監(jiān)控功能，還集成了電池備份電路和芯片使能門控，為基于微處理器的系統(tǒng)提供了全面的保護(hù)。

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產(chǎn)品概述

MAX16016/MAX16020/MAX16021主要用于監(jiān)控電源，提供電池備份控制和芯片使能（CE）門控，以保護(hù)基于微處理器系統(tǒng)中的內(nèi)存寫入。這些低功耗設(shè)備通過在一個(gè)小型單芯片解決方案中提供多種監(jiān)控功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。它們可以監(jiān)測5V、3.3V、3V、2.5V或1.8V的電源電壓，工作電壓范圍為1.53V至5.5V，具有低至1.2μA的電源電流（電池備份模式下為0.25μA）。

產(chǎn)品特性

1. 寬電源電壓監(jiān)測范圍：可對5V、3.3V、3V、2.5V或1.8V的電源電壓進(jìn)行監(jiān)測，適用于多種不同電壓需求的系統(tǒng)。
2. 低功耗設(shè)計(jì)：工作時(shí)電源電流低至1.2μA，在電池備份模式下更是低至0.25μA，大大降低了系統(tǒng)的功耗，延長了電池的使用壽命。
3. 多種監(jiān)控功能
   • 復(fù)位功能：在VCC電源上電、掉電和欠壓條件下提供μP復(fù)位輸出，確保微處理器在電源不穩(wěn)定時(shí)能夠正確復(fù)位，避免出現(xiàn)代碼執(zhí)行錯誤。
   • 電池備份控制：當(dāng)主電源去除時(shí)，能夠自動控制VCC到電池備份的切換，維持內(nèi)存、實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和其他數(shù)字邏輯的數(shù)據(jù)或低功耗運(yùn)行。
   • 內(nèi)存寫保護(hù)：在欠壓時(shí)通過內(nèi)部芯片使能門控提供內(nèi)存寫保護(hù)，防止在電源異常時(shí)寫入錯誤的數(shù)據(jù)到CMOS RAM中。
   • 其他功能：還具備看門狗定時(shí)器、電源故障比較器、低線指示器、電池狀態(tài)指示等功能，為系統(tǒng)提供了全面的保護(hù)和監(jiān)控。
4. 快速響應(yīng)時(shí)間：復(fù)位超時(shí)時(shí)間最短為145ms，能夠及時(shí)響應(yīng)電源變化，快速復(fù)位系統(tǒng)；CE信號傳播延遲僅為1.5ns，可與大多數(shù)微處理器和高速DSP配合使用。
5. 小尺寸封裝：采用10引腳TDFN或16引腳TQFN封裝，節(jié)省了電路板空間，適合于對空間要求較高的應(yīng)用場景。
6. 高可靠性：通過UL認(rèn)證，符合IEC 60950 - 1標(biāo)準(zhǔn)；工作溫度范圍為 - 40°C至 + 85°C，能夠適應(yīng)不同的工作環(huán)境。

產(chǎn)品功能詳解

1. 備份電池切換 在電源故障或欠壓時(shí)，為了保存RAM中的數(shù)據(jù)，MAX16016/MAX16020/MAX16021會在滿足兩個(gè)條件（VCC低于復(fù)位閾值且VCC低于VBATT）時(shí)，自動將RAM切換到備份電池供電。此時(shí)，BATTON輸出變?yōu)楦唠娖?，指示系統(tǒng)進(jìn)入電池備份模式。需要注意的是，設(shè)備在只有BATT有電壓時(shí)不會上電，OUT在啟動時(shí)僅由VCC供電。
2. CE信號門控 MAX16020/MAX16021提供內(nèi)部CE信號門控，在正常操作時(shí)，CE門允許所有CE信號通過；當(dāng)復(fù)位輸出有效時(shí)，該路徑被禁用，防止錯誤數(shù)據(jù)寫入CMOS RAM。CEOUT通過內(nèi)部電流源上拉到OUT，CEIN到CEOUT的1.5ns傳播延遲使得這些器件可用于大多數(shù)微處理器和高速DSP。
3. 低線輸出（LL） 低線比較器以通常比復(fù)位閾值高2.5%的閾值電壓監(jiān)測VCC。在欠壓時(shí)，LL會在復(fù)位之前有效，可用于在電壓開始下降時(shí)向微處理器提供不可屏蔽中斷（NMI），以啟動有序的軟件關(guān)機(jī)程序。
4. 手動復(fù)位輸入 許多基于微處理器的產(chǎn)品需要手動復(fù)位功能，MAX16016/MAX16020/MAX16021通過將MR引腳拉低來實(shí)現(xiàn)復(fù)位。MR內(nèi)部通過一個(gè)30kΩ上拉電阻連接到VCC，可使用TTL/CMOS邏輯電平或開漏/集電極輸出驅(qū)動。在使用長電纜驅(qū)動MR或在嘈雜環(huán)境中使用時(shí)，可連接一個(gè)0.1μF電容從MR到GND以提供額外的抗干擾能力。
5. 看門狗定時(shí)器 看門狗定時(shí)器通過WDI輸入監(jiān)測微處理器的活動。如果微處理器停止活動，在MAX16016中復(fù)位輸出會脈沖式有效，在MAX16020/MAX16021中看門狗輸出（WDO）會變?yōu)榈碗娖?。通過將WDI連接到總線或微處理器I/O線來使用看門狗功能，若WDI在看門狗超時(shí)時(shí)間內(nèi)保持高電平或低電平，內(nèi)部看門狗定時(shí)器將溢出，觸發(fā)相應(yīng)的復(fù)位或輸出動作?？赏ㄟ^不連接WDI或使連接到WDI的驅(qū)動器處于三態(tài)來禁用看門狗功能。
6. 電池測試功能和BATTOK指示（MAX16020/MAX16021） MAX16020/MAX16021具備電池測試功能，在施加VCC后1.235s以及此后每24小時(shí)對電池電壓進(jìn)行一次測試。測試時(shí)，內(nèi)部一個(gè)100kΩ電阻連接到BATT，監(jiān)測電池電壓是否高于2.6V。如果電池電壓低于2.6V，BATTOK輸出將變?yōu)榈碗娖?，指示電池電量不足。MAX16020還有一個(gè)BATT_TEST輸出，在電池電壓測試期間會脈沖式變高。
7. 電池新鮮度密封模式 該模式可防止備份電池在未施加VCC時(shí)與內(nèi)部電路和OUT連接，確保最終產(chǎn)品首次使用時(shí)連接到BATT的備份電池是新鮮的。當(dāng)VCC首次上電時(shí)，內(nèi)部新鮮度密封鎖存器被設(shè)置，此后VCC關(guān)閉時(shí)，BATT開始為OUT供電。如需重新啟用新鮮度密封模式，可按特定步驟操作（連接電池到BATT，將VCC置為0V，將MR驅(qū)動高于VBATT + 1.2V至少3μs，將OUT拉至0V）。
8. 復(fù)位輸出 復(fù)位輸出用于在電源上電、掉電和欠壓時(shí)防止代碼執(zhí)行錯誤，確保微處理器從已知狀態(tài)開始。根據(jù)所選設(shè)備，復(fù)位輸出可以是邏輯低電平或邏輯高電平。當(dāng)VCC低于復(fù)位閾值時(shí)，RESET或RESET有效，并在VCC高于復(fù)位閾值后至少保持145ms有效。此外，當(dāng)MR為低電平時(shí)，復(fù)位輸出也會有效。
9. 電源故障比較器 電源故障比較器監(jiān)測PFI引腳的電壓，當(dāng)電壓低于其VPFT閾值時(shí)，PFO輸出變?yōu)榈碗娖健Ｔ摫容^器常用于在電壓調(diào)節(jié)之前監(jiān)測電源（如電池），以提供早期電源故障警告，使軟件能夠進(jìn)行有序的系統(tǒng)關(guān)機(jī)。其典型輸入滯后為VPFT - HYS，并且由OUT供電，與復(fù)位電路獨(dú)立。

應(yīng)用信息

1. 監(jiān)測額外電源 通過使用電阻分壓器連接到PFI，MAX16016/MAX16020/MAX16021可以監(jiān)測正電源或負(fù)電源。PFO可用于生成微處理器的中斷或觸發(fā)復(fù)位。監(jiān)測負(fù)電源時(shí)，將電阻分壓器的頂部連接到VCC，底部連接到要監(jiān)測的負(fù)電壓。
2. 為PFI增加滯后 電源故障比較器具有典型的輸入滯后VPFT - HYS，對于大多數(shù)通過外部分壓器監(jiān)測電源線的應(yīng)用來說已足夠。如需增加滯后，可通過選擇合適的電阻R1、R2和R3來實(shí)現(xiàn)。電阻R3通常比R1或R2大一個(gè)數(shù)量級，且應(yīng)大于50kΩ以防止對PFO造成負(fù)載。
3. 電池開啟指示（推挽版本） 在電池備份模式下，BATTON輸出變?yōu)楦唠娖?，可用于指示電池切換狀態(tài)或?yàn)橥獠客?a target="_blank">晶體管提供基極驅(qū)動，以滿足更高電流的應(yīng)用需求。
4. 無備份電源的操作 如果不使用備份電源，可將BATT連接到GND，將OUT連接到VCC。
5. 更換備份電池 當(dāng)VCC高于復(fù)位閾值時(shí)，可以安全地移除備份電源，而不會觸發(fā)復(fù)位脈沖。因?yàn)橹挥挟?dāng)VCC低于復(fù)位閾值時(shí)，設(shè)備才會進(jìn)入電池備份模式。
6. 負(fù)向VCC瞬變 MAX16016/MAX16020/MAX16021對短時(shí)間的負(fù)向VCC瞬變具有一定的抗干擾能力。為了提供額外的瞬態(tài)抗干擾能力，可在VCC附近安裝一個(gè)0.1μF的旁路電容。

選型指南

MAX16016/MAX16020/MAX16021系列有多種型號可供選擇，不同型號在邏輯輸出類型、功能配置等方面有所差異。例如，MAX16016有推挽和開漏兩種復(fù)位輸出類型，而MAX16020/MAX16021除了復(fù)位輸出類型可選外，還具備更多的功能，如電池測試、低線輸出、芯片使能等。在選型時(shí)，需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，綜合考慮邏輯輸出類型、是否需要特定功能等因素來選擇合適的型號。

總結(jié)

MAX16016/MAX16020/MAX16021系列低功耗μP監(jiān)控電路以其豐富的功能、低功耗設(shè)計(jì)、小尺寸封裝和高可靠性，為基于微處理器的系統(tǒng)提供了全面而有效的電源管理和監(jiān)控解決方案。無論是在工業(yè)控制、GPS系統(tǒng)、機(jī)頂盒、銷售點(diǎn)設(shè)備，還是便攜式/電池供電設(shè)備等領(lǐng)域，都能夠發(fā)揮重要的作用，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和數(shù)據(jù)的安全。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，可以根據(jù)具體的應(yīng)用場景和需求，合理選擇和使用這些產(chǎn)品，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過類似的電源管理和監(jiān)控問題呢？是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。