Superviseurs d'alimentation programmables à 3 états, compacts, polyvalents et précis

De nombreux systèmes électroniques modernes doivent savoir quand l'alimentation (ou les alimentations) est présente et stable avant le démarrage. Un moniteur d'alimentation répond à ce besoin en générant un signal Power-Good lorsque tout est prêt. De même, une fois en marche, la plupart des systèmes ont besoin que le moniteur d'alimentation indique quand l'alimentation est tombée à un seuil minimum, pour éviter un fonctionnement peu fiable et éventuellement initialiser les opérations de ménage. Un moniteur d'alimentation précis permet d'éviter les réinitialisations intempestives et augmente le temps de fonctionnement (voir "Pourquoi la précision du seuil est-elle importante ?" dans cet article).

Quatre nouveaux superviseurs d'alimentation améliorent la fiabilité des systèmes en offrant des seuils de réinitialisation très précis. Ils économisent du temps de conception, des coûts de production et de l'espace sur les cartes grâce à des interfaces simples et un nombre de pièces extrêmement faible.

Les superviseurs doubles LTC2904, LTC2905, LTC2906 et LTC2907 peuvent surveiller simultanément deux tensions d'alimentation avec une précision de seuil de 1,5 % sur la température. Les LTC2904 et LTC2905 offrent neuf combinaisons de deux tensions sélectionnables par l'utilisateur parmi les suivantes : 5.0V, 3.3V, 2.5V, 1.8V, 1.5V, 1.2V et 1.0V. Les LTC2906 et LTC2907 offrent une entrée réglable et une autre entrée sélectionnable par l'utilisateur, qui peut être soit 5,0V, 3,3V ou 2,5V. Les quatre pièces peuvent être programmées pour avoir une tolérance d'alimentation de 5%, 7,5% ou 10%.

De simples broches d'entrée à 3 états (trois dans les LTC2904 et LTC2905, deux dans les LTC2906 et LTC2907) effectuent la programmation du seuil et de la tolérance. La programmabilité des pièces supprime le besoin de qualifier, de s'approvisionner et de stocker différentes pièces pour différentes combinaisons de tensions d'alimentation, ce qui offre une énorme polyvalence. Ces nouvelles pièces ne nécessitent aucun logiciel, aucun calibrage et aucun ajustage. De plus, la simple interface de programmation à 3 états élimine tout besoin de composants externes, ce qui permet d'économiser des coûts supplémentaires et de l'espace sur la carte.

Les autres caractéristiques disponibles comprennent une période d'arrêt de réinitialisation réglable par l'utilisateur via un condensateur externe (LTC2905 et LTC2907), ou un condensateur interne pour une période d'arrêt de réinitialisation fixe de 200 ms (LTC2904 et LTC2906). Les quatre appareils incluent également une disponibilité précoce du signal de réinitialisation afin qu'il puisse être utilisé comme un signal POR fiable pendant la mise sous tension. Pour garantir cette disponibilité précoce, l'alimentation doit être appliquée au circuit de surveillance au début de la phase de mise sous tension. Dans les LTC2904 et LTC2905, l'alimentation est dérivée automatiquement de la plus grande des tensions sur les entrées V1 et V2. De même, dans les LTC2906 et LTC2907, l'alimentation est dérivée automatiquement de la plus grande des tensions sur les entrées V1 et V2_CC entrées. Avec V1, V2 ou V_CC à 1V ou plus, le RST le niveau logique bas de la sortie est de 0,3V (max) tout en absorbant 100μA.

Par conséquent, les superviseurs LTC2904, LTC2905, LTC2906 et LTC2907 offrent un fonctionnement en micro puissance, une petite taille et une grande précision. La fonctionnalité hautement intégrée rend ces appareils faciles à concevoir dans des systèmes nécessitant deux ou plusieurs applications de supervision. Le tableau 1 présente un résumé des caractéristiques de ces quatre appareils et la figure 1 montre une application typique de supervision à double alimentation utilisant le LTC2904.

La précision du seuil de réinitialisation du superviseur affecte la fiabilité des systèmes sensibles à l'alimentation. Une précision diminuée réduit la fiabilité et correspond à un système qui doit fonctionner de manière fiable sur une plage de tension plus large, ce qui complique la conception du système. Une précision améliorée diminue la plage de tension requise pour un fonctionnement fiable du système, ce qui simplifie la conception.

Considérons un système 5V avec une bande de tolérance de l'alimentation de ±10% (voir le diagramme de la bande de seuil ci-dessous). Les circuits intégrés du système alimentés par cette alimentation doivent fonctionner de manière fiable dans cette bande (et un peu plus, comme expliqué ci-dessous).

Le bas de la bande de tolérance de l'alimentation, à 4,5V (5V moins 10%), est la tension exacte à laquelle un superviseur parfaitement précis générerait une réinitialisation. Un tel superviseur idéal n'existe pas - le seuil de réinitialisation réel varie sur une bande spécifique (±1,5 % pour les LTC2904, LTC2905, LTC2906 et LTC2907 ). La figure 2 montre la précision du seuil typique des quatre nouveaux appareils en fonction de la température.

Pour éviter les réinitialisations intempestives, le seuil de réinitialisation nominal du superviseur est réglé sur en dessous de la tension d'alimentation minimale, juste assez pour que la bande du seuil de réinitialisation et les bandes de tolérance de l'alimentation ne se chevauchent pas. Si les deux bandes se chevauchent, le superviseur pourrait générer une réinitialisation fausse ou nuisible lorsque l'alimentation est dans sa bande de tolérance spécifiée (par exemple, à 4,6V).

Pour éviter le chevauchement des bandes en utilisant un moniteur avec une précision de seuil de réinitialisation de ±1,5 %, les seuils de réinitialisation de 10 % sont en fait réglés à 11,5 % en dessous de la tension d'entrée nominale. Pour l'entrée 5V, le seuil typique est de 4,425V, soit 75mV en dessous du seuil idéal de 4,5V. Le seuil réel est garanti dans la bande entre 4,35V et 4,5V sur la température.

Le système doit fonctionner de manière fiable jusqu'à l'extrémité inférieure de la bande de seuil ou risquer de dysfonctionner avant qu'un signal de réinitialisation ne soit correctement émis. Dans notre exemple de 5V, les circuits intégrés du système doivent fonctionner jusqu'à 4,35V avec un superviseur précis à 1,5%. Le même système utilisant un superviseur précis à ±2,5 % doit fonctionner jusqu'à 4,25 V, soit 15 % de moins que la tension d'alimentation nominale, ce qui augmente la marge de tension requise et la probabilité de dysfonctionnement du système.

Dans n'importe quelle application de supervision, le bruit d'alimentation circulant sur la tension continue surveillée peut provoquer des réinitialisations intempestives, en particulier lorsque la tension surveillée est proche du seuil de réinitialisation. Une solution moins souhaitable mais courante à ce problème consiste à introduire une hystérésis autour du seuil nominal, mais l'hystérésis introduit un terme d'erreur dans la précision du seuil. Par conséquent, un moniteur précis de ±2,5 % avec une hystérésis de ±1,0 % est équivalent à un moniteur de ±3,5 % sans hystérésis.

Les quatre nouveaux superviseurs dont il est question ici adoptent une approche différente pour résoudre ce problème. La première ligne de défense contre cette réinitialisation parasite pour ces superviseurs est un filtre passe-bas de premier ordre à la sortie de chacun des comparateurs. Ainsi, la sortie du comparateur est intégrée dans le temps avant de déclencher la logique de sortie. Tout transitoire à l'entrée du comparateur doit être d'une ampleur et d'une durée suffisantes avant de déclencher une modification de la logique de sortie. La figure 3 montre la durée typique du transitoire par rapport à la suralimentation du comparateur nécessaire pour déclencher les comparateurs (la suralimentation est indiquée en pourcentage du seuil de déclenchement V_RTX).

La deuxième ligne de défense est le délai d'expiration de la réinitialisation t_RST (200ms pour le LTC2904 et le LTC2906 et réglable pour le LTC2905 et le LTC2907 en utilisant un condensateur externe). Cette période de temporisation élimine l'effet de tout bruit d'alimentation à une fréquence supérieure à 1/t_RST sur le RST et les sorties RST.

Lorsque l'un ou l'autre de V1 ou V2 descend en dessous de son seuil programmé, les RST la broche RST s'active (RST tire faiblement vers le haut). Puis, lorsque l'alimentation repasse au-dessus du seuil programmé, la minuterie du générateur d'impulsions de réinitialisation commence à compter tandis que RST reste faible. Si l'alimentation reste au-dessus du seuil programmé lorsque la minuterie finit de compter, le RST la broche tire faiblement vers le haut (RST s'affirme bas). Cependant, si l'alimentation tombe en dessous du seuil programmé à n'importe quel moment alors que la minuterie est encore en train de compter, la minuterie se remet à zéro. La minuterie recommence à compter lorsque l'alimentation repasse au-dessus du seuil programmé.

Note que cette deuxième ligne de défense n'est efficace que pour une alimentation croissante et n'affecte pas la sensibilité du système à une alimentation décroissante. Par conséquent, la première ligne de défense qui fonctionne à la fois pour les alimentations montantes et descendantes est nécessaire. Ces deux approches empêchent les réinitialisations intempestives causées par le bruit d'alimentation sans sacrifier la précision du seuil.

Bien que les comparateurs des quatre contrôleurs d'alimentation aient un filtrage intégré des parasites, les condensateurs de dérivation sur V1 et V2/V_CC sont recommandés car le plus grand de V1 ou V2/V_CC est également le V interne_CC pour la puce (un condensateur céramique de 0,1μF est satisfaisant dans la plupart des applications). Un condensateur de découplage sur le circuit V_ADJ de la broche du LTC2906 et du LTC2907 est autorisée et recommandée dans les environnements extrêmement bruyants.

Les trois broches d'entrée à 3 états (S1, S2 et TOL) des LTC2904 et LTC2905, et les deux broches d'entrée à 3 états (S1 et TOL) des LTC2906 et LTC2907 doivent être connectées à GND, V1 ou laissées non connectées pendant le fonctionnement normal. Notez que lorsqu'elles sont laissées non connectées, le courant de fuite maximal autorisé de la broche vers GND ou V1 est de 10μA.

Dans les applications de margination, toutes les broches d'entrée à 3 états peuvent être pilotées à l'aide d'un tampon TRI-STATE. Les sorties basse et haute du tampon TRI-STATE doivent satisfaire à la norme V_IL (0,4V) et V_IH (1,4V) des broches d'entrée à 3 états. De plus, lorsque le tampon TRI-STATE de commande est à l'état de haute impédance, le courant de fuite maximal autorisé de la broche vers GND ou V1 est de 10μA. La figure 4 montre le LTC2904 utilisé dans une application de margination avec toutes les broches à 3 états pilotées par un tampon TRI-STATE (Fairchild 74LVX125).

Connecter S1 et S2 à GND, V1 ou les laisser ouverts permet de sélectionner les combinaisons de tension d'entrée des LTC2904 et LTC2905. Le tableau 2 montre les neuf combinaisons possibles de tensions d'entrée nominales pour le LTC2904 et le LTC2905, et leurs connexions S1, S2 correspondantes.

Tableau 2. Programmation du seuil de tension des LTC2904 et LTC2905

V1	V2	S1	S2
5.0	3.3	V1	V1
3.3	2.5	Ouvert*	GND
3.3	1.8	V1	Ouvert*
3.3	1.5	Ouvert*	V1
3.3	1.2	Ouvert*	Ouvert*
2.5	1.8	GND	GND
2.5	1.5	GND	Ouvert*
2.5	1.2	GND	V1
2.5	1.0	V1	GND
*Ouvert = circuit ouvert ou piloté par un TRI-STATE® tampon en état de haute impédance avec un courant de fuite inférieur à 10μA.

De même, pour les LTC2906 et LTC2907, le fait de connecter S1 à GND, V1 ou de les laisser ouverts permet de sélectionner le seuil de tension d'entrée V1. Le tableau 3 montre les trois combinaisons possibles de la tension d'entrée nominale V1 pour les LTC2906 et LTC2907, et leur connexion S1 correspondante.

Tableau 3. Programmation du seuil de tension des LTC2906 et LTC2907

V1	S1
5.0	V1
3.3	Ouvrir
2.5	GND

Une tolérance de 5%, 7,5% ou 10% pour l'alimentation est définie sur la broche TOL. La tolérance s'applique aux tensions d'entrée V1 et V2 pour les LTC2904 et LTC2905, ou aux tensions V1 et V_ADJ tensions d'entrée pour le LTC2906 et le LTC2907. Une tolérance plus importante abaisse le seuil de déclenchement. Le tableau 4 montre la sélection des tolérances correspondant à une connexion particulière à la broche TOL.

Tableau 4. Programmation des tolérances

Tolérance	TOL
5%	V1
7.5%	Ouvrir
10%	GND

L'entrée non-inverseuse de la carte V_ADJ le comparateur est réglé sur 0,5V (Figure 5) lorsque la broche TOL est réglée sur un niveau élevé (tolérance de 5%). L'entrée inverseuse à haute impédance se lie directement à la borne V_ADJ broche. Dans les applications typiques, cette broche se connecte à un point de prise sur un diviseur résistif externe entre la tension positive surveillée et la terre. La formule suivante permet d'obtenir la tension de déclenchement avec une tolérance de 5 % à partir de la valeur des résistances :

Une fois que le diviseur de résistance est réglé dans le mode de tolérance de 5%, il n'est pas nécessaire de modifier le diviseur pour les autres modes de tolérance (7,5%, 10%) car la référence interne est mise à l'échelle en conséquence. Le tableau 5 indique les valeurs de résistance de 1% suggérées pour diverses applications réglables.

Tableau 5. Valeurs de résistance de 1% suggérées pour les applications V_ADJ entrées

VSUPPLY (V)	VTRIP (V)	R1 (k)	R2 (k)
12	11.25	2150	100
10	9.4	1780	100
8	7.5	1400	100
7.5	7	1300	100
6	5.6	1020	100
5	4.725	845	100
3.3	3.055	511	100
3	2.82	464	100
2.5	2.325	365	100
1.8	1.685	237	100
1.5	1.410	182	100
1.2	1.120	124	100
1.0	0.933	86.6	100
0.9	0.840	68.1	100
0.8	0.750	49.9	100
0.7	0.655	30.9	100
0.6	0.561	12.1	100

Le délai d'expiration de la réinitialisation (t_RST) pour LTC2905 et LTC2907 est réglable afin de s'adapter à une variété d'applications. En connectant un condensateur, C_TMR, entre la broche TMR et les jeux de masse t_RST. La formule suivante détermine la valeur du condensateur nécessaire pour une période de temporisation de réinitialisation particulière :

Par exemple, l'utilisation d'une valeur de condensateur standard de 22nF donnerait un délai de 22000/110 = 200ms.

La figure 6 montre le délai souhaité en fonction de la valeur du condensateur de temporisation qui doit être utilisé. Le fait de laisser la broche TMR ouverte règle le délai de réinitialisation à environ 200μs. La seule limite à la longueur de la période est la valeur du condensateur et sa fuite. Le condensateur TMR ne se charge pas si le courant de fuite dépasse le courant de charge TMR de 2μA (typique).

En interne, les quatre nouveaux superviseurs comprennent deux comparateurs extrêmement précis, une référence de bande interdite, des échelles de résistance précises, un détecteur TRI-STATE, une logique de décodage CMOS, des compteurs et un oscillateur. La figure 7 montre la représentation générique du schéma fonctionnel pour les quatre appareils. Notez que seules certaines des broches représentées dans le diagramme sont disponibles dans un superviseur donné (voir Tableau 1).

Note que les deux RST et RST ont des pull-ups internes faibles vers les V_CC et un pull-down fort vers la masse. La disposition de l'excursion haute faible et de l'excursion basse forte permet à ces deux broches d'avoir un comportement de drain ouvert tout en possédant plusieurs autres caractéristiques bénéfiques. Les pull-ups faibles éliminent le besoin de résistances pull-up externes lorsque le temps de montée sur ces broches n'est pas critique. D'un autre côté, le drain ouvert RST permet d'établir des connexions câblées OU et peut être utile lorsque plus d'un signal doit tirer vers le bas sur les RST ligne.

3.moniteur à double alimentation 3V, 1,2V avec une tolérance de 7,5 % et un indicateur LED de bonne alimentation

La Figure 8 montre le LTC2904 configuré comme un moniteur double dans une application pour un système utilisant une alimentation de 3,3V et 1,2V. Dans cette application particulière, le moniteur est configuré pour avoir une tolérance de 7,5 %. Avec un courant pull-down garanti de 2,5mA sur la broche RST, une LED peut être utilisée en série avec une résistance pull-up de 499Ω comme indicateur de bonne alimentation.

3.moniteur d'alimentation quadruple 3V, 2.5V, 0.8V, 0.6V avec une tolérance de 5%

La figure 9 montre un LTC2906 et un LTC2907 mis en cascade pour surveiller quatre tensions. Dans cette application particulière, les deux superviseurs sont configurés pour surveiller 3,3V, 2,5V, 0,8V et 0,6V, chacun avec une tolérance de 5%. Le site RST les sorties des deux superviseurs sont câblées en OU pour former une réinitialisation du système maître. En raison de la configuration à drain ouvert sur les RST la broche, la réinitialisation du système maître est basse dès que l'une des quatre tensions passe sous son seuil respectif. La broche RST supplémentaire du LTC2906 peut être utilisée comme indicateur de réinitialisation secondaire, indiquant lequel des deux superviseurs émet la réinitialisation dans une condition de réinitialisation particulière.

Un condensateur 22nF fixe la période d'arrêt de réinitialisation du LTC2907 à 200ms pour les entrées 2,5V et 0,6V. La période de sortie de réinitialisation du LTC2906 est préprogrammée par un condensateur interne à 200ms pour les entrées 3.3V et 0.8V.

La valeur de V_CC des deux LTC2906 et LTC2907 peuvent être connectées à toute alimentation secondaire hautement disponible d'au moins 2,5V. En connectant les broches V_CC à une alimentation à haute disponibilité garantit que la sortie des superviseurs est valable pour les entrées à V1 et V_ADJ jusqu'à 0V. Cependant, en connectant le V_CC à la broche V1 comme indiqué sur la Figure 9 ne garantit une sortie de superviseur valide que pour une entrée V1 jusqu'à 1V.

moniteur à double alimentation 5V, 3.3V avec application de margination de tension pour le test automatisé sur carte

Dans la fabrication et le test de systèmes à haute fiabilité, il est souhaitable de vérifier le bon fonctionnement des composants électriques à la tolérance de l'alimentation nominale ou en dessous. Les superviseurs présentés ici complètent ces tests de deux manières.

Premièrement, un module de test peut fournir plus de marge d'alimentation en abaissant les seuils de déclenchement de réinitialisation pour les tests automatisés à bord. En utilisant la broche d'entrée de programmation à 3 états TOL, la tolérance d'alimentation globale peut être réglée sur 5%, 7,5% ou 10%. La figure 10 montre un LTC2905 utilisé dans une telle application.

Deuxièmement, les broches S1 et S2 peuvent être pilotées par des sorties à 3 états pour un abaissement plus agressif du seuil de déclenchement. Par exemple, dans la Figure 10, les broches S1 et S2 sont liées à V1 pour configurer la pièce afin de surveiller 5V et 3.3V. Si des tampons TRI-STATE sont ajoutés pour piloter les broches S1 et S2, ces broches peuvent être mises à GND pendant le test. En connectant S1 et S2 à GND, le LTC2905 est configuré pour surveiller 2,5V et 1,8V, ce qui représente un changement significatif du seuil de déclenchement par rapport aux seuils de 5V et 3,3V respectivement. Pendant le fonctionnement normal, les tampons TRI-STATE peuvent remettre S1 et S2 sur V1 (haut) pour que la pièce soit à nouveau configurée pour surveiller 5V et 3.3V.

Les superviseurs doubles à micropuissance LTC2904, LTC2905, LTC2906 et LTC2907 offrent le gain de place, la simplicité, la polyvalence, la précision et la fiabilité nécessaires à une grande variété d'applications de surveillance multi-tension. Les combinaisons d'alimentation d'entrée sont programmables sans composants externes. Les LTC2906 et LTC2907 comprennent également un seuil positif réglable à basse tension. Les comparateurs ont une précision de 1,5 % sur la température et disposent d'une réjection du bruit intégrée. L'état de réinitialisation est correct pour une V_CC jusqu'à 1V. Les délais de réinitialisation des LTC2905 et LTC2907 sont réglables par l'utilisateur avec des condensateurs externes. Les fonctions de margination de l'alimentation électrique comprennent des sélections de tolérance d'alimentation et de seuil de tension en temps réel.

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TRI-STATE est une marque déposée de National Semiconductor Corp.