MAX16063：高精度低電壓四路窗口電壓檢測(cè)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對(duì)電源電壓的精確監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，它直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。今天，我們就來深入探討一款高性能的電壓監(jiān)測(cè)芯片——MAX16063。

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一、產(chǎn)品概述

MAX16063是一款采用小型薄型QFN封裝的1%高精度、可調(diào)節(jié)四路窗口電壓檢測(cè)器。其主要功能是通過監(jiān)測(cè)多個(gè)電源電壓，當(dāng)任何一個(gè)電壓超過過壓閾值或低于欠壓閾值時(shí)，提供故障信號(hào)，從而顯著提高系統(tǒng)的可靠性。

二、關(guān)鍵特性

1. 高精度監(jiān)測(cè)

在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，具備1%的高精度，能夠?qū)λ膫€(gè)欠壓/過壓條件進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，確保系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 可調(diào)節(jié)閾值

用戶可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)電壓閾值，最低可監(jiān)測(cè)至0.4V。每個(gè)窗口檢測(cè)器的上下跳變閾值可通過三個(gè)外部電阻進(jìn)行外部設(shè)置，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。

3. 獨(dú)立輸出

每個(gè)監(jiān)測(cè)閾值都有獨(dú)立的開漏輸出，用于指示故障狀態(tài)。這些輸出可以進(jìn)行線或連接，以提供單個(gè)故障輸出。開漏輸出內(nèi)部通過30μA電流上拉，也可外部驅(qū)動(dòng)至其他電壓電平，方便與其他邏輯電平接口。

4. 多種功能輸入

• 裕量輸入（MARGIN）：在裕量測(cè)試或上電操作后的任何時(shí)間，可用于禁用輸出。
• 手動(dòng)復(fù)位輸入（MR）：滿足許多基于微處理器產(chǎn)品的手動(dòng)復(fù)位需求。
• 復(fù)位輸出（RESET）：在所有電壓都在閾值范圍內(nèi)后，經(jīng)過復(fù)位超時(shí)時(shí)間后釋放。復(fù)位超時(shí)時(shí)間內(nèi)部設(shè)置為140ms（最小值），也可通過外部電容進(jìn)行調(diào)整。

5. 寬溫度范圍與小封裝

該器件工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，采用4mm x 4mm的小型薄型QFN封裝，適用于各種惡劣環(huán)境和對(duì)空間要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

三、電氣特性

1. 工作電壓與電流

工作電壓范圍為1.0V至5.5V，在不同電壓和輸出狀態(tài)下，電源電流有所不同。例如，當(dāng)VCC = 3.3V且輸出釋放時(shí)，典型電源電流為45 - 65μA；當(dāng)VCC = 5V且輸出釋放時(shí)，典型電源電流為50 - 70μA。

2. 閾值與遲滯

• 欠壓鎖定（UVLO）閾值：VCC上升時(shí)，典型值為1.735V，遲滯為65mV。
• 可調(diào)節(jié)閾值：UVIN_下降/OVIN_上升時(shí)，典型值為0.394V，遲滯為0.5% VTH。

  3. 復(fù)位相關(guān)特性

• 復(fù)位超時(shí)時(shí)間：內(nèi)部設(shè)置為140ms（最小值），可通過連接外部電容進(jìn)行調(diào)整。
• SRT斜坡電流：典型值為600nA，SRT閾值典型值為1.235V，遲滯為100mV。

四、典型應(yīng)用

1. 電壓監(jiān)測(cè)應(yīng)用

MAX16063可用于監(jiān)測(cè)電源電壓，當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓在選定窗口內(nèi)時(shí)，UVOUT_/OVOUT_釋放為高電平；當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓低于窗口下限（VTRIPLOW）時(shí)，UVOUT_置為低電平；當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓超過窗口上限（VTRIPHIGH）時(shí)，OVOUT置為低電平。通過合理選擇外部電阻R1、R2和R3的值，可以精確設(shè)置監(jiān)測(cè)窗口。計(jì)算公式如下： [V{TRIPLOW }=V{TH}left(frac{R{TOTAL }}{R 2+R 3}right)] [V{TRIPHIGH }=V{TH}left(frac{R_{TOTAL }}{R 3}right)] 其中，RTOTAL = R1 + R2 + R3。選擇RTOTAL時(shí)，由于MAX16063輸入偏置電流極低（典型值為2nA），RTOTAL最大可達(dá)2MΩ，大阻值電阻有助于降低功耗，小阻值電阻可保證整體精度。

2. 過壓關(guān)機(jī)應(yīng)用

• 使用P溝道MOSFET：當(dāng)電源電壓低于選定閾值時(shí)，UVOUT_的低邏輯電平使P溝道MOSFET導(dǎo)通；當(dāng)發(fā)生過壓事件時(shí)，UVOUT_變?yōu)楦唠娖?，關(guān)閉MOSFET，從而切斷負(fù)載電源。
• 使用保險(xiǎn)絲和可控硅整流器（SCR）：過壓事件使SCR導(dǎo)通，將電源短路到地，短路電流使保險(xiǎn)絲熔斷，終止負(fù)載電流。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 未使用輸入的處理

任何未使用的UVIN_輸入必須連接到VCC，未使用的OVIN_輸入必須連接到GND，以確保芯片正常工作。

2. UVOUT_/OVOUT_輸出

這些輸出為開漏輸出，內(nèi)部有30μA上拉至VCC。在大多數(shù)應(yīng)用中，無需外部上拉電阻即可與其他邏輯設(shè)備接口。若要與不同邏輯電源電壓接口，可連接外部上拉電阻至最高5.5V的電壓，但需注意電阻值的選擇，一般可使用50kΩ至200kΩ的電阻。

3. RESET輸出

當(dāng)任何UVIN_輸入電壓低于其閾值、任何OVIN_輸入電壓高于其閾值或MR被置為低電平時(shí)，RESET置為低電平。在所有監(jiān)測(cè)電壓恢復(fù)正常且MR釋放后，RESET保持低電平的時(shí)間為復(fù)位超時(shí)時(shí)間。

4. 復(fù)位超時(shí)電容

可通過在SRT和GND之間連接電容（CSRT）來調(diào)整復(fù)位超時(shí)時(shí)間（tRP）。計(jì)算公式為： [C{S R T}(F)=frac{t{R P}(s)}{left(frac{V{T H{-} S R T}}{I_{S R T}}right)}] 若將SRT連接到VCC，則復(fù)位超時(shí)時(shí)間為工廠編程的140ms（最小值）。

5. 手動(dòng)復(fù)位輸入（MR）

MR輸入內(nèi)部有20kΩ上拉電阻至VCC，若不使用可懸空。可通過連接一個(gè)常開瞬動(dòng)開關(guān)從MR到GND來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位功能，無需外部消抖電路。在長(zhǎng)電纜驅(qū)動(dòng)或嘈雜環(huán)境中，可從MR到GND連接一個(gè)0.1μF電容以提高抗噪能力。

6. 裕量輸出禁用（MARGIN）

MARGIN輸入內(nèi)部上拉至VCC，若不使用可懸空或連接到VCC。將MARGIN置為低電平可禁用所有輸出，在MARGIN為低電平時(shí)，芯片仍繼續(xù)監(jiān)測(cè)所有電壓，MARGIN釋放后，輸出經(jīng)過短暫傳播延遲后恢復(fù)到監(jiān)測(cè)狀態(tài)。

7. 欠壓鎖定（UVLO）

MAX16063具備VCC欠壓鎖定功能，即使VCC降至1V，也能保持復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)VCC低于UVLO下降閾值（典型值為1.735V）時(shí)，RESET和所有檢測(cè)器輸出置為低電平，確保VCC下降時(shí)輸出狀態(tài)正確。

8. 電源旁路

在嘈雜應(yīng)用中，應(yīng)盡可能靠近芯片將VCC通過一個(gè)0.1μF電容旁路到地，以提高瞬態(tài)抗擾能力。對(duì)于快速上升的VCC瞬變，可能需要額外的電容。

六、總結(jié)

MAX16063以其高精度、可調(diào)節(jié)性和豐富的功能，為電子系統(tǒng)的電源電壓監(jiān)測(cè)提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師需要根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇外部電阻和電容，正確處理未使用的輸入和輸出，以充分發(fā)揮該芯片的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用類似電壓監(jiān)測(cè)芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。