Детекторы просадок напряжения питания для МК
BOD (Brown-Out Detector) — это детектор, который следит за колебаниями напряжения питания МК и генерирует сигнал сброса при его значительных «просадках». Такие узлы часто называют «супервизорами» или «мониторами питания».
Детекторы BOD разделяются на внутренние и внешние. Считается, что внутренний аппаратный узел BOD, имеющийся в современных моделях МК Atmel AVR, Microchip PIC, обеспечивает достаточную надёжность и ему можно доверять автоматическую перезагрузку устройства при аварии. Однако иногда требуется выставить нестандартный порог срабатывания детектора или подстраховаться «на всякий пожарный случай». В таких ситуациях применяют отдельный узел внешнего BOD, собранный на транзисторах или микросхемах.
Промышленностью выпускаются следующие типы микросхем BOD:
- трёхвыводные супервизоры с однотактным выходным каскадом. Они содержат на выходе п—р—^-транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, и внутренний «pull-up» резистор;
- трёхвыводные супервизоры с выходным каскадом, имеющим открытый коллектор или открытый сток без нагрузочного «pull-up» резистора;
- трёхвыводные супервизоры с двухтактным выходным каскадом. Они формируют уровни «rail-to-rail», близкие к напряжению Усс и GND;
- четырёхвыводные супервизоры, совмещённые с элементами начального сброса POR (Power-On-Reset) или со сторожевым таймером Watch-Dog;
- многовыводные мониторы питания, содержащие одновременно узлы BOD, POR и Watch-Dog.
На Рис. 4.3, а...д показаны схемы подключения узлов BOD, собранных на «россыпи» элементов, а на Рис. 4.4, а...п — на микросхемах супервизоров.
Рис. 4.3. Схемы подключения узлов BOD, выполненных на «россыпи» элементов:
а) резисторы Rl, R2 должны иметь точность ±1%. Сопротивление резистора R3 должно быть примерно в три раза меньше, чем у внутреннего «pull-up» резистора МК. Резистор R4 можно заменить перемычкой, если не используется адаптер программирования ISP;
б) напряжение BOD определяется порогом срабатывания стабилитрона VD1 и напряжением перехода «база — эмиттер» транзистора VT1. В рабочем состоянии транзистор открыт и на вход сброса МК поступает ВЫСОКИЙ уровень. При снижении напряжения питания ниже порога, транзистор закрывается (R1, R2) и МК сбрасывается НИЗКИМ уровнем от резистора R3
в) питание МК пилообразным напряжением для проверки устойчивости срабатывания узла BOD. Сигнал «пилы», снимаемый с обкладок конденсатора С1, имеет частоту 2...3 Гц (зависит от типа «мигающего» светодиода HL1) ц может использоваться в качестве синхронизирующего для других трактов устройства;
г) аналогично Рис. 4.3, б, но с более крутыми фронтами импульса сброса за счёт триггера Шмитта, собранного на транзисторах VTI, VT2. Пороговое напряжение BOD задаётся стабилитроном VD1 и напряжением «база — эмиттер» транзистора VT1
д) светодиод HL1 индицирует напряжение +5 В и одновременно осуществляет функцию внешнего BOD при «просадках» питания. Порог срабатывания подбирается резистором R1, чтобы при напряжении питания +3...+3.5 В на входе RES гарантированно был НИЗКИЙ уровень (зависит от конкретного МК).
Рис. 4.4. Схемы подключения микросхем супервизоров питания к МК (начало):
д) супервизор DA1 (фирма Microchip) формирует на выходе «Out» логические уровни НИЗКОГО уровня и ВЫСОКОГО уровня. Порог срабатывания BOD зависит от модификации микросхемы DAI (цифры «ххх» в названии) и выбирается из ряда напряжений: 2.7; 3.0; 3.15; 4.5; 4.6; 4.75; 4.85 В. Перемычка SI временно удаляется при программировании, иначе канал ISP не сможет сформировать сигнал RES. Замена DAI — МСР112;
е) супервизор DAI (фирма Microchip) имеет выход с открытым стоком. Это позволяет физически не отключать адаптер ISP при программировании. Порог срабатывания BOD зависит от модификации микросхемы супервизора (цифры «ххх» в названии) и выбирается из ряда напряжений: 1.95; 2.4; 2.7; 2.9; 3.0; 3.15; 4.5; 4.75 В. Замена DAI- МС33064;
ж) супервизор DA1 (фирма Maxim/Dallas) имеет на выходе транзисторный ключ и «pull-up» резистор сопротивлением 3.5...7.5 кОм. Дополнительно в супервизор встроена схема мониторинга состояния кнопки SB1. При её нажатии автоматически вырабатывает импульс сброса длительностью 150 мс, который шунтирует «дребезг» контактов кнопки. Наличие схемы мониторинга не позволяет подключать напрямую к МК адаптер ISP, поскольку его сигналы будут восприниматься как нажатие кнопки. Порог срабатывания BOD зависит от модификации микросхемы DA1 (цифры «хх» в названии) и выбирается из ряда напряжений: 4.0; 4.25; 4.5 В;
з) супервизор DA1 (фирма Microchip) имеет двухтактный выходной каскад. Резистор R1 необходим для развязки от цепей адаптера ISP. Конденсатор C1 устраняет ложные срабатывания супервизора DA1 в условиях сильных помех. Подобный конденсатор можно устанавливать и в других аналогичных схемах;
и) резисторы R1 R2, обеспечивают гистерезис порога срабатывания супервизора DA1 (фирма ON Semiconductor), имеющего выход с открытым стоком;
к) нажатие кнопки SB1 вызывает формирование на выходе супервизора DA 1 одиночного импульса сброса длительностью 140...280 мс, свободного от «дребезга» контактов;
Рис. 4.4. Схемы подключения микросхем супервизоров питания к МК (окончание):
л) длительность импульса сброса супервизора DA 1 (фирма National Semiconductor) регулируется конденсатором С1. Достоинство — низкое собственное потребление тока DA1
м) развязка микросхемы супервизора DA1 и адаптера программирования ISP через логический элемент DDL Для ТТЛ-логики следовало бы ещё поставить резистор как на Рис. 3.16, з;
н) подключение детектора BOD DA 1 (фирма Maxim/Dallas) к уже существующей цепи сброса VDI, Rl, CL Резистор R1 в данной схеме может отсутствовать, т.к. внутри микросхемы DA1 уже находится свой «pull-up» резистор сопротивлением 3.75...6.25 кОм;
о) DA1 — это регулируемый стабилизатор напряжения (фирма National Semiconductor), используемый для питания МК. Стабилизатор имеет встроенный детектор «просадок» выходного напряжения. При снижении напряжения больше, чем на 5%, вырабатывается сигнал НИЗКОГО уровня на выводе 5. Этот сигнал поступает в МК, который и принимает решение о целесообразности программного «самосброса». Схема рассчитана на МК с широким диапазоном питания;
п) многофункциональный монитор питания выполнен на микросхеме DA1 фирмы TelCom Semiconductor. Для его нормальной работы требуется, чтобы МК (или другой цифровой узел) периодически генерировал контрольные импульсы на линии «Watch-Dog».
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема.