單片機復位電路的可靠性設計及精典實用復位電路

一、概述

影響單片機系統運行穩定性的因素可大體分為外因和內因兩部分:
1、外因
射頻幹擾，它是以空間電磁場的形式傳遞 在機器內部的導體（引線或零件引腳）感生出相應的幹擾，可通過電磁屏蔽和合理的布線/器件布局衰減該類幹擾；
電源線或電源內部產生的幹擾，它是通過電源線或電源內的部件耦合或直接傳導，可通過電源濾波、隔離等措施來衰減該類幹擾。
2、內因
振蕩源的穩定性，主要由起振時間 頻率穩定度和佔空比穩定度決定 起振時間可由電路參數整定 穩定度受振蕩器類型 溫度和電壓等參數影響復位電路的可靠性。

二、復位電路的可靠性設計

1、基本復位電路

復位電路的基本功能是：系統上電時提供復位信號，直至系統電源穩定後，撤銷復位信號。為可靠起見，電源穩定後還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開
關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。圖1所示的RC復位電路可以實現上述基本功能，圖3為其輸入-輸出特性。但解決不了電源毛刺（A
點）和電源緩慢下降（電池電壓不足）等問題 而且調整 RC 常數改變延時會令驅動能力變差。左邊的電路為高電平復位有效右邊為低電平
Sm為手動復位開關Ch可避免高頻諧波對電路的幹擾

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201611/315929.htm

圖1 RC復位電路

圖2所示的復位電路增加了二極體，在電源電壓瞬間下降時使電容迅速放電，一定寬度的電源毛刺也可令系統可靠復位。 圖3所示復位電路輸入輸出特性圖的下半部分是其特性，可與上半部比較增加放電迴路的效果

圖2 增加放電迴路的RC復位電路

使
用比較電路，不但可以解決電源毛刺造成系統不穩定，而且電源緩慢下降也能可靠復位。圖4 是一個實例 當 VCC x (R1/(R1+R2) ) =
0.7V時，Q1截止使系統復位。Q1的放大作用也能改善電路的負載特性，但跳變門檻電壓 Vt 受 VCC
影響是該電路的突出缺點，使用穩壓二極體可使 Vt 基本不受VCC影響。見圖5，當VCC低於Vt(Vz+0.7V)時電路令系統復位。

圖3 RC復位電路輸入-輸出特性

圖4帶電壓監控功能的復位電路

圖5 穩定門檻電壓

圖6實用的復位監控電路

在此基礎上,增加延時電容和放電二極體構成性能優良的復位電路,如圖6所示。調節C1可調整延時時間,調節R1可調整負載特性,如圖7所示上半部分是圖5電路的特性,下半部分對應圖6。

圖7 帶電壓監控功能的復位電路的輸入-輸出特性

2、電源監控電路
上述的帶電壓監控的復位電路又叫電源監控電路 監控電路必須具備如下功能：
上電復位，保障上電時能正確地啟動系統；
掉電復位，當電源失效或電壓降到某一電壓值以下時，復位系統；

市面上有類似的集成產品，如PHILIPS半導體公司生產的MAX809、MAX810。此類產品體積小、功耗低，而且可選門檻電壓。可保障系統在不同的
異常條件下可靠地復位，防止系統失控。圖8中的Rm和Sm實現手動復位 無需該功能時可把Reset端（或/Reset）端
直接與單片機的RST端（或/RST端）相連 最大限度地簡化外圍電路 也可選擇PHILIPS半導體公司帶手動復位功能的產品MAX708。

圖8集成復位監控電路


此外，MAX708還可以監視第二個電源信號，為處理器提供電壓跌落的預警功能，利用此功能，系統可在電源跌落時到復位前執行某些安全操作，保存參數，發
送警報信號或切換後備電池等。圖9電錶的應用實例 利用MAX708 電錶可在電源毛刺或停電前把當前電度數保存到E2PROM中
再配合保存多個電度數備份算法，可有效解決令工程師頭疼E2PROM中的電度數掉失問題使用該電路必須選擇適當的預警電壓點，以保證靠電源的儲能供電情況
下，VCC電壓從預警電壓跌到復位電壓的維持時間（tB）必須足夠長 E2PROM的寫周期約為10－20ms
一般取tB>200ms就可確保數據穩定寫入。預警電壓調整方法 當VDC等於預警電壓時調整R1和R2使PFI的電壓為1.25V
此時可檢測/PFO來確認內部的電壓比較器是否動作，調整時必須注意此比較器是窗口比較器。 圖10是該應用的程序流程圖

圖9 MAX708的典型應用

圖10. 電錶應用中E2PROM數據保護程序流程圖

3.多功能電源監控電路
除上電復位和掉電復位外，很多監控電路集成了系統所需的功能，如：
電源測控，供電電壓出現異常時提供預警指示或中斷請求信號，方便系統實現異常處理；
數據保護，當電源或系統工作異常時，對數據進行必要的保護，如防寫、數據備份或切換後備電池；
看門狗定時器，當系統程序「跑飛」或「死鎖」時，復位系統；
其它的功能，如溫度測控、短路測試等等。

我們把其稱作多功能電源監控電路。下面介紹兩款特別適合在工控、安防、金融行業中廣泛應用多功能的監控電路:

Catalyst 公司的 CAT1161 是一個集成了開門狗、電壓監控和復位電路的 16K 位 E2PROM（I2C
接口）不但集成度高、功耗低（E2PROM部分靜態時真正實現零功耗）而且清看門狗是通過改變SDA的電平實現的，節省系統I/O
資源，其門檻電壓可通過編程器修改，該修改範圍覆蓋絕大多數應用。當電源下降到門檻電壓以下時 硬體禁止訪問 E2PROM 確保數據安全。

使用時注意的是 RST，/RST 引腳是 I/O 腳，CAT1161 檢測到兩引腳中任何一個電壓異常都會產生復位信號，與 RST /RST
引腳相連的下拉電阻 R2 和上拉電阻 R1 必須同時連接，否則CAT1161將不斷產生復位！同樣不需要手動復位功能時可節省Rm和Sm兩個元件。

圖11.內置WDT RESET /RESET E PROM監控器件接口電路


PHILIPS 公司的 SA56600-42 被設計用在電源電壓降低或斷電時作保護微電腦系統中SRAM 的數據。當電源電壓下降到通常值
4.2V 時，輸出 CS 變為邏輯低電平，把 CE 也拉低，從而禁止對 SRAM
的操作。同時，產生一個低電平有效的復位信號，供系統使用，如果電源電壓繼續下降，到達通常值
3.3V或更低時，SA56600-42切換系統操作，從主電源供電切換到後備鋰電池供電，當主電源恢復正常（電壓上升至3.3V或更高時）將SRAM的
供電電源將由後備鋰電池切換回主電源，當主電源上升至大於典型值4.2V 時 輸出 CS 變為邏輯高電平，使 CE 變為高電平，使能 SRAM
的操作，復位信號一直持續到系統恢復正常操作為止。在系統電源電壓不足或突然斷電的時候，這個器件能可靠地保護系統在SRAM內的數據。

圖12.內置SRAM數據保護電路的監控器件SA56600-42的典型應用

4. ARM 單片機的復位電路設計
無論在行動電話 高端手持儀器還是嵌入式系統，32
位單片機 ARM 佔據越來越多的份額，ARM 已成為事實的高端產品工業標準。由於 ARM 高速、低功耗、低工作電壓導致其噪聲容限低
這是對數字電路極限的挑戰，對電源的紋波、瞬態響應性能、時鐘源的穩定度、電源監控可靠性等諸多方面也提出了更高的要求。ARM監控技術是複雜並且非常重
要的。
分立元件實現的監控電路，受溫度、溼度、壓力等外界的影響大而且對不同元件影響不一致
較大板面積，過多過長的引腳容易引入射頻幹擾，功耗大也是很多應用難以接受，而集成電路能很好的解決此類問題。目前也有不少微處理器中集成監控電路，處於
製造成本和工藝技術原因，此類監控電路大多數是用低電壓CMOS工藝實現的，比起用高電壓、高線性度的雙極工藝製造的專用監控電路 性能還有一段差距。
結論是：使用 ARM而不用專用監控電路，可能導致得不償失，經驗也告訴我們使用專用監控電路可以避免很多離奇古怪的問題。ARM的應用工程師，切記少走彎路！

圖13.用PHILIPS MAX708實現的ARM復位電路


圖13 是實用可靠的 ARM 復位電路。ARM 內核的工作電壓較低。R1 可保證電壓低於 MAX708 的工作電源還能可靠復位。其中 TRST
信號是給 JTAG 接口用的。使用 HC125 可實現多種復位源對 ARM 復位，如通過PC機串口或JTAG接口復位ARM。