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集成式看门狗的电压检测芯片解决方案

来源: SGMICRO
2018-05-03
类别:安防监控
eye 330
文章创建人 拍明

  相关元件供应

  型号:SGM706-RYS8G/TR            品牌:SGMICRO

  GENERAL DESCRIPTION

  The SGM706 microprocessor supervisory circuit reduces the complexity and number of components required to monitor power-supply and monitor microprocessor activity. It significantly improves system reliability and accuracy compared to separate ICs or discrete components.

  The SGM706 provides power-supply monitoring circuitry that generates a reset output during power-up, power-down and brownout conditions. The reset output remains operational with VCC as low as 1V. Independent watchdog monitoring circuitry is also provided. This is activated if the watchdog input has not been toggled within 1.6 seconds.

  In addition, there is a 1.25V threshold detector for power-fail warning, low-battery detection, or monitoring an additional power supply. An active-low manual-reset input (/MR) is also included.

  The SGM706 is available in Green SOIC-8 package. The SGM706-S is available in both Green SOIC-8 and MSOP-8 packages. They operate over an ambient temperature range of -40℃ to +85℃.

  FEATURES

  • Precision Supply-Voltage Monitor

  4.65V for SGM706-L

  4.40V for SGM706-M

  4.0V for SGM706-J

  3.08V for SGM706-T

  2.93V for SGM706-S

  2.63V for SGM706-R

  • Guaranteed /RESET Valid at VCC = 1V

  • 200ms Reset Pulse Width

  • Debounced TTL/CMOS-Compatible Manual-Reset Input

  • Independent Watchdog Timer (1.6sec) Timeout

  • Voltage Monitor for Power-Fail or Low-Battery Warning

  • -40℃ to +85℃ Operating Temperature Range

  • SGM706 is Available in Green SOIC-8 Package

  • SGM706-S is Available in both Green SOIC-8 and MSOP-8 Packages

  APPLICATIONS

  Computers

  Controllers

  Intelligent Instruments

  Automotive Systems

  Critical μP Power Monitoring

  看门狗(watchdog timer 简称WDT)是硬件系统设计必不可少的模块之一,它能防止程序无限制的运行,造成死循环,或程序跑飞。其原理就是:在系统正常工作的时候,MCU每隔一段时间会给看门狗输入一个喂狗信号,如果在超过规定的时间不喂狗,WDT定时超时,就会回给系统一个复位信号,使系统复位,防止系统死机。同时,有些设备,比如笔者所负责的一款低成本电网智能采集终端产品,还需带掉电检测功能,当停电后,系统能及时切换到后备电池供电,来达到记录掉电信息的目的。

  让系统同时具备看门狗和掉电检测功能,有两种方案:

  1)分立式方案,即采用分立元件或单一功能芯片的电路,比如用一块普通看门狗芯片和一块电压检测芯片组合实现;

  2)集成式方案,即采用一块同时具备看门狗功能和掉电检测功能的芯片来实现。

  集成式方案相比分立式方案,外围电路设计简单,使用起来方便可靠,同时能有效提高系统精确度,价格也不贵,所以笔者选择集成式方案。通过查询资料和厂家推荐,笔者最终选用了一款圣邦微看门狗芯片,型号为SGM706,原因在于:

  1)宽工作温度范围为-40℃到+85℃,超宽存储温度范围为-65℃到+150℃,特别满足国网和南网地域大温差需求;

  2)掉电检测响应速度快,以便MCU及时检测到掉电信号,切换到后背电池供电;

  3)带手动复位功能,系统软件卡死后,可以强制复位;

  4)超低功耗,典型值为50μA,能延长后备电池的工作时间;

  5)具备很强的防静电能力,带电人体的放电模式能达到4kV,带电机器的放电模式能达到300V;

  6)封装小,为SOIC-8的封装,方便布局,大大节省了layout资源;

  7)低成本,满足产品批量供货后的成本需求。

  由SGM706搭建的WDT和掉电电压检测电路如图1所示。

基于SGM706的微系统

  图1:基于SGM706的微系统

  此设计有以下功能:

  1)上电自动复位功能;

  2)供电电压不足,系统复位功能;

  3)掉电检测功能。当输入到PFI引脚的电压小于1.25V时,PFO引脚输出的Vdown信号为“低”;

  4)硬件看门狗功能。看门狗定时时间为1.6s,当看门狗不在规定时间喂狗,SGM706的RESET引脚输出的PW_EN信号为“低”,控制3.3V LDO使能脚,使主系统彻底复位;

  5)手动复位功能。当输入到MR引脚的信号小于0.8V,可通过按键复位电路成功。

  其中SGM706部分设计原理如图2所示。

SGM706电路设计

  图2:SGM706电路设计

  SGM706采用5V进行供电,MCU采用3.3V供电,所以看门狗信号需要进行电平转换输入到WDI引脚,V3、R13和R50组成电平转换电路;R12和C21组成上电复位电路;R11为上拉电阻,K5为按键复位,C22为去耦电容;R18、R19对12V进行分压,当12V电源跌到一定值后时,PFO输出“低”,否则输出“高”,Vdown会经过电平转换到MCU。笔者选用12V作为掉电检测信号,是因为电网智能采集终端停电后,最直接反应就是12V掉电。如图3所示,加上电容、看门狗等器件影响,只有判断12V信号才能最准确判断是否停电。

电压转换示意图

  图3:电压转换示意图

  笔者在设计掉电检测电路时碰到了一个问题:分压电阻R18、R19比例选择不正确,导致MCU不能准确判断掉电。

  原设计设定的门限值为5.2V,即当12V掉到5.2V时,Vdown输出“0”。测试波形显示门限值5.2V太小,12V跌倒5.2V时间过久,如图4所示。由于12V上并联的电容量远大于系统电源3.3V上并联的电容量,停电后,系统电源3.3V维持不了那么久,MCU就不能检测到掉电信号,就没法及时切换备用电池,保存掉电信息。

Vdown和V12P0波形(图中黄线为Vdown,蓝线为V12P0)

  图4:Vdown和V12P0波形(图中黄线为Vdown,蓝线为V12P0)

  改进设计,将R18、R19的电阻比调整如图2所示,即将5.2V门限提高到10.5V。测试波形如图5所示,Vdown触发的时间减少了一半,保证了MCU能及时检测到掉电信号,保存掉电数据。

改进后的Vdown和V12P0波形(图中蓝线为Vdown,黄线为V12P0)

  图5:改进后的Vdown和V12P0波形(图中蓝线为Vdown,黄线为V12P0)

  SGM706模块集看门狗和掉电检测功能一体化,外围电路简单,极大地方便了用户,但在设计掉电检测电路时要注意根据整个系统的电源方案来选择合适的被检测信号和分压电阻。

  芯片检测仪是一款检测芯片的工具,通过键盘输入被检测芯片的型号,例如被检测芯片为74LS04,输入04即可,然后按下确定键,系统便可检测出该芯片。

  通过显示模块显示芯片的型号、名称、逻辑表达式、芯片是否能够正常工作。或者直接按下自动检测键,也可达到同样的效果的机器。

  电源及系统启动方式

  1. 打开设备卷帘盖。

  2. 打开接线板开关?打开蓝色稳压开关?注意?必须待稳压电源指示灯由红色变为绿色?电压稳定后才可进行后续操作?如电压不稳定就开始操作?很可能损坏设备。

  3. 按下圆形绿色ON开关?打开系统总电源。

  4. 打开机台右下方的黑色有机玻璃盖子?按下白色圆形按钮?启动电脑主机。

  5. 按下橙色开关?power?

  6.打开显示器开关?启动PG-2000软件和PClink软件?登录ID: 1, password:1

  7.打开显微镜左侧红色开关。

  1.按下绿色按钮?start??载物盘移出?按下VAC抽真空键?真空泵工作?放入芯片?轻触芯片看是否吸附牢固,确定样品放置平整?如不平整则会影响检测结果并损坏探针。

  2.芯片放置完毕后?再次按下绿色Start键?载物盘归位。

  3.选取标准芯片?进行影像学习?设定60%的相似度?可以根据需要自行设定??然后点击搜索。

  4.取任意最近一点?点击产品设定?选择自动更新?系统自动显示出行数?列数以及晶粒间距??点击产品设定?存储?名称?点击设定名称?自行输入名称后点击离开。

  5.点击晶圆水平?进行影像的水平调节。

  6.点击影像扫描?系统自动扫描选取样品。

  7.进行接触检测?按下UP/DW键观察ES1和ES2指示灯是否亮?亮则说明接触良好?否则为接触不良。若接触不良?则需要按下A/Light键?打开环形照明灯?从显微镜的目镜中观察样品以及针头位置?调节探针台的XYZ轴旋钮?使针头能正确接触芯片的电极?直到ES1和ES2指示灯点亮。再次按下UP/DW键?完成接触检测。

  8.打开PClink测试连线软件?用户名和密码都是1??进行参数设定?并对档案进行命名?点击开始写档。

  9?回到PG2000系统?点击开始测试?按下绿色Start键?设备开始进行检测?检测完成后?按下红色Abort键结束检测。如果在检测过程中需要暂停?则按下黄色Pause键?暂停结束后若仍需继续检测?则按下绿色Start键?系统继续对样品进行检测。若暂停后要结束检测?则按下红色Abort键?系统自动终止检测。

  10.正常检测完毕?按下红色Abort键?结束检测。



责任编辑:Davia

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