一概述
影响单片机系统运行稳定性的因素可大体分为外因和内因两部分
1. 外因
射频干扰它是以空间电磁场的形式传递在机器内部的导体引线或零件引脚感生出相应的干扰可通过电磁屏蔽和合理的布线/器件布局衰减该类干扰电源线或电源内部产生的干扰它是通过电源线或电源内的部件耦合或直接传导可通过电源滤波隔离等措施来衰减该类干扰
2. 内因
振荡源的稳定性主要由起振时间频率稳定度和占空比稳定度决定起振时间可由电路参数整定稳定度受振荡器类型温度和电压等参数影响复位电路的可靠性
二 复位电路的可靠性设计
1. 基本复位电路
复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后，撤销复位信号为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位，图1 所示的RC 复位电路可以实现上述基本功能，图3 为其输入-输出特性但解决不了电源毛刺。A 点和电源缓慢下降电池电压不足等问题而且调整RC 常数改变延时会令驱动能力变差左边的电路为高电平复位有效， 右边为低电平Sm 为手动复位开关， Ch 可避免高频谐波对电路的干扰。
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图2 所示的复位电路增加了二极管在电源电压瞬间下降时使电容迅速放电一定宽度的电源毛刺也可令系统可靠复位，图3 所示复位电路输入输出特性图的下半部分是其特性可与上半部比较增加放电回路的效果。
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使用比较电路不但可以解决电源毛刺造成系统不稳定而且电源缓慢下降也能可靠复位，图4 是一个实例当 VCC x (R1/(R1+R2) ) = 0.7V 时Q1 截止使系统复位， Q1 的放大作用也能改善电路的负载特性但跳变门槛电压Vt 受VCC 影响是该电路的突出缺点使用稳压二极管可使Vt 基本不受VCC 影响，见图5 当VCC 低于Vt Vz 0.7V 时电路令系统复位。
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![]() 在此基础上增加延时电容和放电二极管构成性能优良的复位电路，如图6 所示调节C1， 可调整延时时间调节R1， 可调整负载特性如图7 所示上半部分是图5 电路的特性下半部分对应图6。
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2. 电源监控电路
上述的带电压监控的复位电路又叫电源监控电路监控电路必须具备如下功能
１）上电复位保障上电时能正确地启动系统
２）掉电复位当电源失效或电压降到某一电压值以下时复位系统，市面上有类似的集成产品如PHILIPS半导体公司生产的MAX809 MAX810， 此类产品体积小功耗低而且可选门槛电压可保障系统在不同的异常条件下可靠地复位，防止系统失控图8中的Rm和Sm实现手动复位无需该功能时可把Reset端或/Reset端直接与单片机的RST端或/RST端相连最大限度地简化外围电路也可选择PHILIPS半导体公司带手动复位功能的产品MAX708
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此外MAX708还可以监视第二个电源信号为处理器提供电压跌落的预警功能，利用此功能系统可在电源跌落时到复位前执行某些安全操作保存参数发送警报信号或切换后备电池等，图9电表的应用实例利用MAX708 电表可在电源毛刺或停电前把当前电度数保存到E2PROM中再配合保存多个电度数备份算法可有效解决令工程师头疼E2PROM中的电度数掉失问题。使用该电路必须选择适当的预警电压点以保证靠电源的储能供电情况下VCC电压从预警电压跌到复位电压的维持时间tB 必须足够长E2PROM的写周期约为10 -20ms 一般取tB>200ms就可确保数据稳定写入预警电压调整方法当VDC等于预警电压时调整R1和R2使PFI的电压为1.25V 此时可检测/PFO来确认内部的电压比较器是否动作调整时必须注意此比较器是窗口比较器 图10是该应用的程序流程图。
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3. 多功能电源监控电路 除上电复位和掉电复位外很多监控电路集成了系统所需的功能如：
１）电源测控：供电电压出现异常时提供预警指示或中断请求信号方便系统实现异常处理，
２）数据保护：当电源或系统工作异常时对数据进行必要的保护如写保护数据备份或切换后备电池
３）看门狗定时器当系统程序跑飞或 死锁时复位系统
４）其它的功能如温度测控短路测试等等
我们把其称作多功能电源监控电路下面介绍两款特别适合在工控安防金融行业中广泛应用多功能的监控电路。
Catalyst 公司的CAT1161 是一个集成了开门狗电压监控和复位电路的16K 位E2PROM I2C 接口，不但集成度高功耗低E2PROM 部分静态时真正实现零功耗，而且清看门狗是通过改变SDA 的电平实现的节省系统I/O 资源其门槛电压可通过编程器修改该修改范围覆盖绝大多数应用当电源下降到门槛电压以下时硬件禁止访问E2PROM 确保数据安全使用时注意的是RST /RST， 引脚是I/O 脚CAT1161 检测到两引脚中任何一个电压异常都会产生， 复位信号与RST /RST 引脚相连的下拉电阻R2 和上拉电阻R1 必须同时连接否则 CAT1161 将不断产生复位， 同样不需要手动复位功能时可节省Rm 和Sm 两个元件。
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PHILIPS 公司的SA56600-42 被设计用在电源电压降低或断电时作保护微电脑系统中SRAM 的数据当电源电压下降到通常值4.2V 时输出CS 变为逻辑低电平把CE 也拉低从而禁止对SRAM 的操作同时产生一个低电平有效的复位信号供系统使用如果电源电压继续下降到达通常值3.3V或更低时SA56600-42 切换系统操作从主电源供电切换到后备锂电池供电当主电源恢复正常电压上升至3.3V 或更高时将SRAM 的供电电源将由后备锂电池切换回主电源当主电源上升至大于典型值4.2V 时输出CS 变为逻辑高电平使CE 变为高电平使能SRAM 的操作复位信号一直持续到系统恢复正常操作为止在系统电源电压不足或突然断电的时候这个器件能可靠地保护系统在SRAM 内的数据。
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4. ARM 单片机的复位电路设计
无论在移动电话高端手持仪器还是嵌入式系统32 位单片机ARM 占据越来越多的份额， ARM 已成为事实的高端产品工业标准由于ARM 高速低功耗低工作电压导致其噪声容限低这是对数字电路极限的挑战对电源的纹波瞬态响应性能时钟源的稳定度电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求，ARM 监控技术是复杂并且非常重要的分立元件实现的监控电路受温度湿度压力等外界的影响大而且对不同元件影响不一致较大板面积过多过长的引脚容易引入射频干扰，功耗大也是很多应用难以接受而集成电路能很好的解决此类问题，目前也有不少微处理器中集成监控电路处于制造成本和工艺技术原因此类监控电路大多数是用低电压CMOS 工艺实现的比起用高电压高线性度的双极工艺制造的专用监控电路性能还有一段差距，结论是使用ARM 而不用专用监控电路可能导致得不偿失， 经验也告诉我们使用专用监控电路可以避免很多离奇古怪的问题ARM 的应用工程师切记少走弯路。
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图13 是实用可靠的ARM 复位电路ARM 内核的工作电压较低R1 可保证电压低于MAX708 的工作电源还能可靠复位其中TRST 信号是给JTAG 接口用的使用HC125 可实现多种复位源对ARM 复位如通过PC 机串口或JTAG 接口复位ARM。 |
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