Супервизоры компании ROHM

В статье приведены основные характеристики супервизоров производства компании ROHM, предназначенных для повторного запус­ка микропроцессорных систем после аварийно­го отключения питания.

В. Макаренко

При проектировании микропроцессорных сис­тем необходимо учитывать, что неправильная по­следовательность подачи напряжения питания на определенные выводы, быстрое увеличение или снижение напряжения питания, отключение питания в процессе работы могут привести к сбоям системы и поэтому влияние этих факторов нужно свести к минимуму.

Для этого необходимо осуществлять постоянный контроль напряжений источников питания, фиксиро­вать моменты их выхода за допуски, чтобы своевре­менно предпринимать действия, направленные на минимизацию последствий сбоя. Применение совре­менных схем супервизоров (генераторов сброса, схем сброса, детекторов напряжения) является эф­фективным средством контроля и автоматического поддержания работоспособности микропроцессор­ных систем при минимальных затратах.

Супервизор напряжения питания используется для мониторинга источников питания и может быть сконфигурирован так, чтобы при снижении напряже­ния ниже установленного пользователем порога гене­рировался сигнал сброса или выполнялась установка микропроцессора в заданное состояние.

Компания ROHM выпускает следующие серии су­первизоров:

• BD47xxG – на биполярных транзисторах
• BD48xxG/FVE, BD49xxG/FVE- стандартные КМОП
• BD52xxG/FVE, BD53xxG/FVE – КМОП с регулиров­кой времени задержки срабатывания
• BU42xxG/F/FVE, BU43xxG/F/FVE- низковольтные КМОП с регулировкой времени задержки сраба­тывания
• BU48xxG/F/FVE, BU49xxG/F/FVE- низковольтные стандартные КМОП
• BD45xxxG, BD46xxxG- КМОП со встроенным таймером.

Супервизоры серии BD47xxG предназначены для перезапуска микропроцессорных систем при кратковременных пропаданиях или после включе- ния/выключения питания [1]. ИС выполнены в 5-вы- водных корпусах типа SMP5. Функциональная схема супервизора приведена на рис. 1. Компаратор DA1 сравнивает напряжение источника опорного напря­жения U_on с напряжением источника питания, подво­димым к выводу 5. При падении напряжения питания ниже порога, определяемого U_on и делителем напря­жения R1, R2, на выходе компаратора формируется уровень логической единицы и транзистор VT1 отк­рывается, формируя низкий потенциал на входе RE­SET микропроцессора. После рестарта работоспо­собность микропроцессорной системы восстанавли­вается.

Диапазон напряжения срабатывания (V_S) суперви­зоров серии BD47xxG – 1.9.4.6 В с шагом 0.1 В. Отклонение от установленного значения напряжения

Рис. 1. Функциональная схема супервизора серии BD47xxG

Рис. 2. Временные диаграммы работы супервизора серии BD47xxG

не превышает ±2%. Для уменьшения чувствительнос­ти супервизоров к малым изменениям питающего напряжения, когда его величина близка к установлен­ному порогу, в компараторе введен гистерезис, ши­рина петли которого (AVS) составляет 50 мВ.

Супервизоры характеризуются низким энергопот­реблением. Потребляемая мощность не превышает 150 мВт. Диапазон напряжений питания и допустимых напряжений на выходе сброса -0.3…10 В, диапазон ра­бочих температур -20.75 °C. В табл. 1 приведены зна­чения напряжений срабатывания супервизоров серии BD47xxG и значения выходного токаи тока потребления. Вместо симво­лов хх в обозначении типа суперви­зора указывается величина напря­жения срабатывания. Например, в супервизоре BD4746G напряжение срабатывания равно 4.6 В. Так как шаг напряжения срабатывания ра­вен 0.1 В, в табл. 1 приведены пара­метры только некоторых супервизо­ров серии BD47xxG [1].

Таблица 1. Основные характеристики супервизоров серии BD47ххG

Рис. 3. Схема испытаний супервизора серии BD47xxG

Время задержки срабатывания супервизора при нарастании напряжения питания (TPLH) 20…50 мкс, при уменьшении напряжения питания (T_PHL) – 60.120 мкс. Временные диаграммы работы супервизора приведе­ны на рис. 2, а схема испытаний – на рис. 3. Испытания проводятся при сопротивлении нагрузки R3, равном 4.7 кОм, и емкости нагрузки С2 – 100 пФ. Источником питания служит генератор импульсов V_cc. На рис. 4 приведены зависимости тока потребления супервизо­ра серии BD47xxG от напряжения питания, а также его амплитудная характеристика.

Рис. 4. Зависимость тока потребления супервизора серии BD47xxG от напряжения питания (а) и его амплитудная характеристика (б)

Супервизоры серии BD48xxG/FVE, BD49xxG/ FVE – супервизоры с малым током потребления, в ко­торых на выходе используется полевой транзистор с каналом N-типа (BD48xxG/FVE) и комплементарная пара полевых транзисторов (BD49xxG/FVE), что позво­ляет использовать их совместно с любыми ИС, выпол­ненными по КМОП-технологии [2]. В составе суперви­зора каждой серии 38 ИС с диапазоном напряжений срабатывания от 2.3 до 6 В и шагом 0.1 В внутри этого диапазона. Погрешность установки напряжения сра­батывания не превышает ±1.5%. Супервизоры этих се­рий характеризуются очень низким энергопотребле­нием. Типовое значение тока потребления 0.8 мкА. Конструктивно супервизоры серий BD48xxFVE/ BD49xxFVE выполнены в миниатюрных корпусах VSOF5 (EMP5), а BD48xxG/BD49xxG – в корпусах SSOP5 (SMP5C2). Маркировка ИС этих серий приве­дена на рис. 5, а функциональные схемы – на рис. 6.

Гистерезис в компараторах вводится с помощью транзистора VT1. Когда напряжение на выходе компа­ратора равно или близко к нулю, VT1 закрыт и напря­жение на инвертирующем входе компаратора опре­деляется соотношением U_ВХ1=V_DD(R2+R3)/(R 1+ R2+R3). Как только напряжение питания станет ниже заданного порога, на выходе компаратора формируется вы­сокий потенциал, транзистор VT1 открывается и нап­ряжение на инвертирующем входе компаратора уменьшается до величины U_ВХ2=VDDR₂/(R 1+ R₂). Для возврата компаратора в нулевое состояние необхо­димо, чтобы напряжение питания увеличилось на ве­личину Д VDD=U ВХ1-U _ВХ2. Эта разность напряжений и оп­ределяет необходимую ширину петли гистерезиса.

Рис. 5. Маркировка супервизоров серий BD48xxG/FVE и BD49xxG/FVE

Максимальная рассеиваемая мощность суперви­зоров серий BD48xxG/BD49xxG, выполненных в кор­пусах SSOP5, – 150 мВт, а супервизоров серий BD48xxFVE и BD49xxFVE в корпусах VSOF5 – 100 мВт. Диапазон рабочих температур -40…85 °С. Основные характеристики супервизоров BD48xxG/FVE и BD49xxG/FVE приведены в табл. 2.

В табл. 2 показаны только 4 позиции из 38. Осталь­ные позиции легко получить, если вписать вместо по­следних двух цифр в обозначение ИС величину напряже­ния срабатывания. Ток потребления для позиций, не ука­занных в таблице, лежит в диапазоне 0.51.0.9 мкА [2].

Габаритные размеры корпусов VSOF5 и SSOP5 приведены на рис. 7 (все размеры в мм).

Основным отличием супервизоров серий BD52xxG/FVE и BD53xxG/FVE от супервизоров дру­гих серий является возможность подстройки времени задержки срабатывания. По основным электрическим характеристикам они близки супервизорам серий BD48xxG/FVE и BD49xxG/FVE [3]. Напряжение сраба­тывания 2.3.6 В с дискретностью изменения порога 0.1 В. Погрешность установки напряжения срабаты­вания не превышает 1.5%. Ток потребления не более 0.95 мкА. В супервизорах серии BD52xxG/FVE на вы­ходе установлен полевой транзистор с открытым сто­ком, а в BD53xxG/FVE – комплементарная пара тран­зисторов. Супервизоры с суффиксом G в наименова­нии выполнены в миниатюрных корпусах VSOF5, а с суффиксом FVE – в корпусах SSOP5. Максимальная рассеиваемая мощность ИС в корпусах SSOP5 – 540 мВт, в корпусах VSOF5 – 210 мВт. Основные ха­рактеристики ИС приведены в табл. 3. Как следует из табл. 3, ток потребления ИС BD52xxG/FVE и BD53xxG/FVE немного больше, чем супервизоров се­рий BD48xxG/FVE и BD49xxG/FVE, а выходной ток меньше примерно в 1.8 раза.

Рис. 6. Функциональные схемы супервизоров серий BD48xxG/FVE и BD49xxG/FVE

Таблица 2. Основные характеристики супервизоров серий BD48xxG/FVE и BD49xxG/FVE

Рис. 7. Габаритные размеры корпусов VSOF5 (слева) и SSOP5

На рис. 8 приведена функциональная схема супер­визора серии BD52xxG/FVE. Функциональная схема ИС серии BD53xxG/FVE отличается только наличием пары комплементарных транзисторов на выходе вместо транзистора VT2. Задержка срабатывания формируется цепью, состоящей из резистора R3 и внешнего конденсатора, подключаемого между выво­дами CT и GND микросхемы. Сопротивление резисто­ра R3 находится в диапазоне 5.5… 12 МОм, типовое значение – 9 МОм. Время задержки можно рассчи­тать по формуле t_ЗАД=0.69 С СТ R ₃. На рис. 9 показаны зависимости задержки времени срабатывания и возврата в исходное состояние от емкости времязадающего конденсатора.

Рис. 8. Функциональная схема супервизора серии BD52xxG/FVE

Супервизоры серий BU42xxG/F/FVE, BU43xxG/ F/FVE – низковольтные КМОП с регулировкой време­ни задержки срабатывания [4]. Диапазон напряжений срабатывания 0.9…4.8 В с шагом изменения порога 0.1 В. Погрешность установки напряжения срабаты­вания не более 1%. Ток потребления не превышает 2.25 мкА. В ИС серии BU42xxG/F/FVE на выходе уста­новлен N-канальный полевой транзистор с открытым стоком, а в ИС BU43xxG/F/FVE – комплементарная па­ра полевых транзисторов. Типовое значение выходного тока для ИС с одним транзистором на выходе составляет 6.5 мА, для ИС с комплементарной парой транзисторов на выходе – 4 мА для транзистора с Р- каналом и 6.5 мА – для транзистора с N-каналом. Ди­апазон рабочих температур -40…85 °C. Маркировка супервизоров приведена на рис. 10.

Рис. 9. Зависимость времени задержки срабатывания ИС серий BD52xxG/FVE и BD53xxG/FVE от емкости времязадающего конденсатора

Таблица 3. Основные характеристики супервизоров серий BD52xxG/FVE и BD53xxG/FVE

Рис. 10. Маркировка супервизоров серий BU42xxG/F/FVE и BU43xxG/F/FVE

Функциональные схемы супервизоров аналогичны схемам ИС серий BD52xxG/FVE (рис. 8) и BD53xxG/ FVE. Гистерезис в компараторах организован по схе­ме, показанной на рис. 6. Время задержки рассчиты­вается по той же формуле, что и для ИС серий BD52xxG/FVE и BD53xxG/FVE.

Низковольтные стандартные супервизоры КМОП серий BU48xxG/F/FVE и BU49xxG/F/FVE по всем ос­новным параметрам соответствуют ИС серий BU42xxG/F/FVE и BU43xxG/F/FVE, выполнены по функ­циональным схемам, показанным на рис. 6. Диапазон напряжений срабатывания 0.9…48 В с шагом измене­ния порога 0.1 В. Регулировка времени задержки сра­батывания отсутствует. Выпускаются в корпусах SSOP5, VSOF5 и SOP4 в соответствии с маркировкой, показанной на рис. 10 [5].

Рис. 11. Маркировка супервизоров серий BD45xxxG и BD46xxxG

Супервизоры серий BD45xxxG и BD46xxxG со встроенным таймером и сверхмалым током потребле­ния рассчитаны на диапазон срабатывания 2.3…4.8 В с шагом изменения порога 0.1 В [6].

Погрешность установки напряжения срабатыва­ния не более 1%. Ток потребления не превышает 0.85 мкА. В ИС серии BD45xxxG на выходе установлен N-канальный полевой транзистор с открытым стоком, а в ИС BD46xxxG – комплементарная пара полевых транзисторов. Встроенный таймер позволяет уста­навливать время задержки срабатывания 50, 100 или 200 мс. Маркировка супервизоров приведена на рис. 11. Типовое значение выходного тока 5 мА. Диа­пазон рабочих температур -40.105 °C. Все ИС выпус­каются в корпусе SSOP5.

Функциональная схема ИС серии BD46xxxG приве­дена на рис. 12. В схеме ИС серии BD45xxxG вместо комплементарной пары на выходе установлен поле­вой транзистор с N-каналом.

GND

Рис. 12. Функциональная схема супервизора серии BD46xxxG

Время задержки срабатывания задается цифро­вым таймером, который содержит генератор импуль­сов и счетчик.

Для принудительного сброса суперви­зора в начальное состояние предназначен вход ER. Время задержки восстановления не регулируется и равно 18 мкс [6].