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          帕智電子(上海)有限公司

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          新聞資訊

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          圣邦微電子監控產品創新矩陣為系統安全護航


          外部世界的不穩定性給電路系統設計者們帶來了各種問題和挑戰。為了電子系統能夠檢測到已經或即將發生的系統錯誤,并在沒有或極少人為介入的條件下從故障狀態中安全恢復,最大程度減小此類故障的影響,確保系統每次都能正確啟動,設計者們推出了一系列特點各異的監控類芯片產品。

          以工程師最為熟悉的初代復位監控類產品706和809為例,高度集成的電壓監控、復位操作、看門狗定時器、手動復位、電源故障比較器等功能看似普通,但對于很多應用來說,這些基本且易于實現的功能反而扮演著舉足輕重的角色,因其為系統帶來了更高的可靠性和精確度。


          拉開從單一走向系統的大幕

          SG Micro Corp


          706和809原本是為監控微控制器(MCU)/微處理器(MPU)工作狀態而設計的芯片。時至今日,復位監控產品已經發展成為所有模擬產品中最為復雜、最為多樣的門類,但令人意想不到的是,這類產品極少用于對MCU進行監控。那么,外部復位監控電路的必要性是取決于MCU的內置復位電路可靠性嗎?復位監控產品的應用因何會持續存在且不斷變更呢?

          我們首先有必要對上述問題做出回答和澄清。

          其實,微處理器監控電路是罕見的從出現以來沒有多少功能變化的電路。第一款706從1993年上市到現在,不同廠商生產的706除了功耗有所降低,還是當初的概念、功能和性能。當前幾乎所有的單片機內置復位監控電路都是良好設計的獨立單元,不存在單片機內置復位電路不可靠的問題,因此單一系統運行條件時不需要外加復位監控電路。

          然而當系統應用中需要監控的運行條件比較多時,就要考慮使用外部復位監控芯片。例如外置存儲器可能跟MCU不在一個電源軌上、一些輸入輸出單元又在另外的電源軌上等等。任何一個局部問題都會導致系統不正常甚至崩潰,因此需要復位監控電路監控系統的多個運行條件,并協助或依賴可靠的MCU保證系統的正常運行。如此看來,復位監控電路并非只用于監控MCU,并且與MCU的內置復位電路既不重復,也不沖突。

          一言概之,簡單的、自成體系的嵌入式微處理器可以不使用外部監控電路,但需要外部配合協同工作的應用還是離不開監控電路參與協調調度。微處理器內部電路如果能在更低電壓下工作,不會只把低電壓工作的特性留給監控部分使用?!昂儡嚹Φ且驳糜惺謩x,飛機先進還得手工打堰兒”。所以,復雜系統中的微處理器監控電路承擔了新的任務:上電伊始盡快強制微處理器復位,直到系統其他部分正常工作再解除強制。

          第二個常見誤解則與復位延遲有關。即使是慢節奏的MCU,其啟動復位過程也不會超過上百微秒。真實系統中的復位時間不是為了讓MCU內部重置,而是讓受控部分能充分釋放應力、回到初始狀態,使整個系統有效復位。另一方面,在實際應用場景中,用戶的需求,如超低待機功耗、超小封裝、喂狗/復位時間可調、分級時序、電壓窗口/高壓總線監測等等,千差萬別,不一而足;同時,由于系統設計日趨復雜,設計人員既希望“即使在發生問題的情況下,系統也能夠安全工作或停止”,又需要在產品性能、尺寸、封裝類型和價格等多個要素之間進行平衡。如此復雜的影響因素常常讓人難以抉擇。了解這些,就可以明白為什么復位監控產品的應用持續存在且不斷變更。

          于是,監控類芯片產品拉開了從傳統的單一品類監控向系統級監控轉變的大幕。

          所謂系統級監控,指的是核心業務功能之外所有用于保障系統運行的監控部分。在系統級監控的概念中,除了最常見的電壓電流范圍監控和很常見但通常不被識別的時間監控外,還有頻率監控、溫度監控、濕度監控、凝露監控、接近監控、異常電磁監控、漏電監控、鹽霧監控、場強監控和心跳監控等。單電壓監控又分為低電壓、高電壓、AC電壓和多種不同封裝規格的產品。系統控制概念,通常是指電源排序和功能順序啟動,一直延伸到應管理需要配置的負載開關和熱插拔開關、熱并入開關。執行機構驅動器(如馬達驅動器和電磁鐵驅動器)和功率分配/調制電路并不屬于系統控制元件。


          圣邦微電子的創新矩陣

          SG Micro Corp


          圣邦微電子從成立起即專注于高可靠應用和復雜系統應用,可靠和系統的基因印在圣邦微電子的所有產品中。依托CMOS工藝和設計的演化,公司全面升級和更新了復位和監控產品,目前全系列均為μA和亞μA級工作的產品,產品規格和封裝可覆蓋大多歐美系和日韓系產品。

          1μA的工作電流,意味著在電源路徑上串入1kΩ阻尼的電阻僅導致1mV的電壓變化。這種全系列產品向低功耗方向轉移的做法,除了可滿足電池供電系統和儲能供電系統應用外,對簡化常規電源供電系統中的監控電壓濾波和監控電路自身保護也帶來了相當大的便利。

          如前文所述,復位監控電路的種類很多,單就電壓監控和復位控制來講就需要用電壓范圍、輸入形式、輸出類型、延時類型、適應工作環境和封裝類型六個維度來描述。傳統做不到用畫表填空的方式來準備完整的復位監控產品,為此,圣邦微電子創造性地提出了“創新矩陣”式的產品開發思路,即大量構建經過認證的單元電路,也稱為設計構件(Building Block),并在此基礎上根據應用需要快速地開發和填補需要的品種,從而實現完整覆蓋。

          圣邦微電子既有的復位監控產品全面覆蓋市場需求。從滿足便攜、超長待機類產品系統待機功耗需求和喂狗時間可調需求的SGM820和SGM821,到分別滿足超小封裝、分級時序、高輸入電壓和多軌分級排序需求的SGM892、SGM895、SGM826和SGM822,再到可滿足復位時間、可調需求和低檢測電壓需求的SGM829、SGM836和SGM89X系列,力爭全方位保護客戶系統安全。

          圖1-圖3分別展示了圣邦微電子部分帶有復位輸出、看門狗定時器和電壓監測功能的部分監控系列產品。

          C:\Users\ritao\Desktop\1.jpg圖1 既有單復位功能器件一覽 

           C:\Users\ritao\Desktop\2.jpg

          圖2 既有帶看門狗功能的復位器件一覽

          C:\Users\ritao\Desktop\3.jpg

          圖3 既有帶電壓監測功能的復位器件一覽


          SGM706微處理器監控電路是圣邦微電子的一款經典產品,具備復位監控、看門狗獨立監測、看門狗觸發啟動、低電平手動復位輸入(MR)等完整功能。其中,復位輸出保持操作與VCC低至1V;一經激活,如果在1.6s內未切換看門狗輸入,則輸出復位脈沖(SGM706看門狗功能激活前,系統有充分的時間完成初始化等耗時任務)。此外,還有一個1.25V閾值檢測器,用于電源故障警告、電池電量不足檢測或監控附加電源。SGM706的升級產品SGM706B,具備更低的待機功耗。

          另一款具有代表性的產品是SGM821心跳發生器電路。心跳發生器和看門狗的區別就是看門狗是被動等待MCU喂狗信號,如無喂狗信號則復位系統;心跳發生器是主動計時、到達預定時間后發出信號喚醒MCU(在長時間休眠的系統中,主MCU會關閉自身包括內置看門狗的絕大部分功能),心跳電路用來保證系統能可靠地從深度睡眠狀態被喚醒。SGM821亦可用作看門狗,而且喂狗時間在100ms-7200s超大范圍內可調;喂狗動作“告訴”心跳發生器系統已在工作中,不必再喚醒或復位系統。此外它的待機功耗典型值為35nA、計時精度典型值為1%。非常適合長時間休眠定時采集/搜集信號的應用(如車載、物聯網等)。這與我們的另一款產品SGM800有著鮮明的差異;SGM800通過電容充電過程來實現ms-s時間范圍的定時,不具備心跳發生器的喂狗和喚醒功能。心跳電路既可用來提前喚醒系統為預定時間的任務做準備,又可以用來在系統定時錯過時觸發補救措施或者復位系統。

          需要強調的是,監控產品是保證系統運行的角色,它要在系統運行條件邊界之外工作,且比系統更加可靠才行。復位是系統管控的一部分,是服務于系統的。它的一個重要特性是必須在其它電路工作之前明確地輸出復位,防止系統在不能保證其狀態時工作不可控。系統過壓后也靠它保證系統處于靜態以便提高其抗過壓能力。

          結語

          SG Micro Corp


          提供盡可能多的產品覆蓋、搭建更完善的監控產品生態,是圣邦微電子賦予自己的職責和使命。如果有多個條件需要監控,無論是單閾值還是多閾值、延時還是不延時、單個監控還是組合排序,任何一種條件組合幾乎都可以從圣邦微電子現有產品中找到適用的型號。即便暫時沒有合適的型號,也大概率可以利用現有模塊快速開發新的型號。

          用戶需要高質量的模擬設計構件,以及在此基礎上創建出的豐富的解決方案和子系統。因此,在這條產品快速迭代和數量指數級爆發的演進之路上,圣邦微電子的創新不會停止,以面向12V/24V/48V高壓總線監測應用、窗口電壓監測應用為代表的新產品正在研發中,會以更加靈活的方式為所有應用提供適當的功能組合。

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