Microchip TC1270A/70AN/71A電壓監(jiān)控器：設(shè)計與應(yīng)用全解析

在當(dāng)今復(fù)雜的電子世界中，電壓監(jiān)控對于確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠運行至關(guān)重要。Microchip 的 TC1270A/70AN/71A 電壓監(jiān)控器就是這樣一款功能強大的設(shè)備，它為電子工程師在設(shè)計和開發(fā)過程中提供了有效的解決方案。

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一、特性亮點

1. 精準電壓監(jiān)控

TC1270A/70AN/71A 具備精確的電壓監(jiān)控功能，擁有 2.63V、2.93V、3.08V、4.38V 和 4.63V 等典型的觸發(fā)點，能夠?qū)Σ煌碾妷哼M行精確監(jiān)測，滿足多樣化的設(shè)計需求。

2. 手動復(fù)位輸入

該設(shè)備提供手動復(fù)位輸入引腳（MR），可以直接連接按鈕開關(guān)，便于在需要時手動強制系統(tǒng)復(fù)位，操作簡單便捷。

3. 靈活的復(fù)位延時

具有多種復(fù)位延時選項，標準延時為 280ms（典型值），還有 2.19ms 和 35ms（典型值）等可選延時。不同的延時設(shè)置可以根據(jù)具體應(yīng)用場景靈活調(diào)整，確保系統(tǒng)在合適的時間完成復(fù)位操作。

4. 低功耗設(shè)計

功耗最大不超過 15μA，這種低功耗特性使得該設(shè)備非常適合電池供電的應(yīng)用場景，能夠有效延長電池的使用壽命。

5. 輸出無毛刺

在電源上電過程中，輸出不會出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象，保證了系統(tǒng)在啟動階段的穩(wěn)定性，避免了因毛刺干擾而可能導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。

6. 多樣的輸出選項

• 低電平有效輸出：有推挽輸出和開漏輸出兩種選擇，推挽輸出可以提供較強的驅(qū)動能力，而開漏輸出則在一些需要電平匹配的場合具有更好的靈活性。
• 高電平有效輸出：推挽輸出方式，為不同的系統(tǒng)設(shè)計提供了更多的可能性。

  7. 兼容性良好

  該設(shè)備可以替代 TC1270、TC1271、TCM811 和 TCM812 等型號，具有良好的兼容性，方便工程師在升級或替換現(xiàn)有系統(tǒng)時使用。

  8. 靜電保護與寬溫度范圍

  具備 ≥4kV 的人體模型（HBM）和 ≥400V 的機器模型（MM）靜電保護能力，能有效防止靜電對設(shè)備造成損壞。同時，其工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，可適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

  9. 多種封裝選擇

  提供 4 引腳 SOT - 143 和 5 引腳 SOT - 23 等封裝形式，并且為無鉛器件，符合環(huán)保要求。此外，該設(shè)備還通過了汽車 AEC - Q100 可靠性測試，適用于汽車電子等對可靠性要求較高的領(lǐng)域。

二、電氣特性

1. 絕對最大額定值

• 電源電壓（VDD 到 VSS）：最大為 +7.0V。
• 輸入電流（VDD）：最大為 10mA。
• 輸出電流（RESET）：最大為 10mA。
• 所有輸入和輸出引腳相對于 VSS 的電壓范圍：-0.6V 至 (VDD + 1.0V)。
• 存儲溫度范圍：-65°C 至 +150°C。
• 工作溫度范圍：-40°C 至 +125°C。
• 最大結(jié)溫（TS）：150°C。
• 靜電保護：所有引腳的人體模型（HBM）≥4kV，機器模型（MM）≥400V。

  2. 電氣參數(shù)

• 工作電壓范圍：1.0V 至 5.5V，適應(yīng)多種電源電壓環(huán)境。
• 電源電流：在不同的測試條件下，電源電流有所不同。例如，當(dāng) VDD > VTRIP（觸發(fā)點電壓），對于 L/M/R/S/T 版本，VDD = 5.5V 時，典型值為 7μA，最大值為 15μA。
• 復(fù)位觸發(fā)點閾值：不同型號的觸發(fā)點閾值有所差異，例如 TC127xAL 在 TA = +25°C 時，觸發(fā)點電壓為 4.54V（最小值）、4.63V（典型值）、4.72V（最大值）。
• 復(fù)位閾值溫度系數(shù)：±30ppm/°C，保證了在不同溫度環(huán)境下復(fù)位觸發(fā)點的穩(wěn)定性。
• 復(fù)位觸發(fā)點滯回：為 0.3%（相對于觸發(fā)點電壓），可以有效避免因電壓波動而導(dǎo)致的復(fù)位引腳“抖動”現(xiàn)象。
• MR 輸入閾值：高閾值和低閾值根據(jù)不同的版本和測試條件有所不同，例如對于 L/M 版本，VDD > VTRIP(MAX) 時，MR 輸入高閾值為 2.3V，低閾值為 0.8V。
• MR 上拉電阻：典型值為 18.5kΩ。
• 開漏輸出高電壓：最大為 13.5V（在特定測試條件下）。
• 復(fù)位輸出電壓：根據(jù)不同的型號、測試條件和負載電流，復(fù)位輸出電壓的低電平（VOL）和高電平（VOH）有所不同。

三、AC 特性

1. 時序參數(shù)

• VDD 到復(fù)位延時（tRD）：當(dāng) VDD 從 VTRIP(MAX) 降至 VTRIP(MIN) - 125mV 時，典型值為 50μs。
• 復(fù)位激活超時周期（tRST）：有多種可選的延時時間，如 1.09ms（最小值）、2.19ms（典型值）、4.38ms（最大值）；17.5ms（最小值）、35ms（典型值）、70ms（最大值）；140ms（最小值）、280ms（典型值）、560ms（最大值）等。
• MR 最小脈沖寬度（tMR）：最小為 10μs。
• MR 噪聲抗擾度（tMRNI）：典型值為 0.1μs。
• MR 到復(fù)位傳播延時（tMD）：典型值為 0.2μs。

四、溫度特性

1. 溫度范圍

• 最大結(jié)溫范圍：-40°C 至 +150°C。
• 工作溫度范圍：-40°C 至 +125°C。
• 存儲溫度范圍：-65°C 至 +150°C。

  2. 熱阻

• 5 引腳 SOT - 23 封裝的熱阻（θJA）為 256°C/W。
• 4 引腳 SOT - 143 封裝的熱阻（θJA）為 426°C/W。

五、典型性能曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，展示了不同條件下的電源電流、復(fù)位觸發(fā)點、復(fù)位輸出電壓等參數(shù)隨溫度和電壓的變化關(guān)系。例如，電源電流（IDD）隨溫度的變化曲線，在不同的復(fù)位上電定時器狀態(tài)（激活或未激活）下，IDD 與溫度呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。這些曲線為工程師在設(shè)計過程中評估設(shè)備性能提供了重要的參考依據(jù)。

六、引腳描述

1. 引腳功能

• VSS：接地引腳，為模擬輸入電壓提供負參考，通常連接電路地。
• VDD：電源電壓引腳，可用于電源監(jiān)控或需要監(jiān)測的電壓電平。
• RST/RST：復(fù)位輸出引腳，有推挽低電平有效、推挽高電平有效和開漏低電平有效三種類型。
  • 推挽低電平有效（TC1270A）：當(dāng) VDD 低于復(fù)位電壓閾值（VTRIP）時，RST 引腳保持低電平；當(dāng) VDD 高于 VTRIP 后，RST 引腳通常保持低電平 280ms，之后變?yōu)楦唠娖健?/li>
  • 推挽高電平有效（TC1271A）：當(dāng) VDD 低于 VTRIP 時，RST 引腳保持高電平；當(dāng) VDD 高于 VTRIP 后，RST 引腳通常保持高電平 280ms，之后變?yōu)榈碗娖健?/li>
  • 開漏低電平有效（TC1270AN）：當(dāng) VDD 低于 VTRIP 時，RST 引腳保持低電平；當(dāng) VDD 高于 VTRIP 后，RST 引腳保持低電平的時間取決于所選的復(fù)位超時時間，之后引腳浮空。
• MR：手動復(fù)位輸入引腳，具有內(nèi)部上拉電阻（典型值為 18.5kΩ）。當(dāng)按鈕開關(guān)按下時，MR 引腳接地，強制復(fù)位輸出引腳（RST/RST）激活。該引腳還具有噪聲濾波功能，可過濾小于 100ns 的噪聲脈沖。

七、設(shè)備操作

1. 總體描述

TC127XA 系列（TC1270A、TC1270AN 和 TC1271A）是經(jīng)濟高效的電壓監(jiān)控設(shè)備，其主要功能是在系統(tǒng)電壓達到并穩(wěn)定在合適的水平之前，將微控制器保持在復(fù)位狀態(tài)，從而避免因低功率條件（如電源電壓瞬間下降的欠壓情況）或緩慢衰減的電源導(dǎo)致的系統(tǒng)問題。同時，該系列設(shè)備還提供手動復(fù)位輸入（MR 引腳），方便通過按鈕開關(guān)直接控制設(shè)備復(fù)位，無需額外的外部組件。

2. 電壓檢測電路

電壓檢測電路負責(zé)監(jiān)測 VDD 電壓，根據(jù)設(shè)備訂購時選擇的復(fù)位電壓觸發(fā)點（VTRIP），確定復(fù)位輸出引腳（RST/RST）的狀態(tài)。

• 當(dāng) VDD 高于 VTRIP(MAX) 時，RST/RST 引腳無效。
• 當(dāng) VDD 低于 VTRIP(MIN) 時，RST/RST 引腳激活。
• 當(dāng) VDD 在 VTRIP(MAX) 和 VTRIP(MIN) 之間時，RST/RST 引腳狀態(tài)未知。

  3. 負向 VDD 瞬態(tài)

  TC127XA 設(shè)備能夠有效拒絕電源線上的負向瞬態(tài)（毛刺）干擾。瞬態(tài)持續(xù)時間（tTRAN）取決于 VTRIP - VDD 的電壓差（過驅(qū)動），當(dāng) VTRIP - VDD 電壓差越大，所需的瞬態(tài)持續(xù)時間越短。通過在設(shè)備的 VDD 引腳附近添加旁路電容（通常為 0.1μF），可以進一步提高設(shè)備的瞬態(tài)抗擾能力。

  4. 帶毛刺濾波的手動復(fù)位電路

  手動復(fù)位輸入引腳（MR）允許手動強制復(fù)位輸出引腳（RST/RST）激活。該引腳具有濾波電路，可過濾可能存在的噪聲脈沖。當(dāng) MR 引腳低電平持續(xù)時間達到 tMD（手動復(fù)位延時時間）時，復(fù)位輸出引腳將被強制激活，并保持激活狀態(tài)直到復(fù)位延時定時器（tRST）超時。

  5. 復(fù)位生成電路

  復(fù)位生成電路根據(jù)電壓檢測電路和帶毛刺濾波的手動復(fù)位電路的輸出信號，確定復(fù)位延時時間。有 2.19ms、35ms 和 280ms 三種延時選項可供選擇。復(fù)位延時定時器（tRST）確保設(shè)備在系統(tǒng)電壓穩(wěn)定之前將嵌入式系統(tǒng)保持在復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)電壓檢測電路和手動復(fù)位電路的輸出信號都變?yōu)闊o效時，復(fù)位延時定時器開始計時；當(dāng)定時器超時后，復(fù)位輸出引腳（RST/RST）變?yōu)闊o效狀態(tài)。

八、應(yīng)用信息

1. 電源監(jiān)控噪聲敏感度

對于電源線上存在大量電氣噪聲的系統(tǒng)（如使用繼電器的系統(tǒng)），可以在 TC127XA 設(shè)備附近安裝 0.01μF 或 0.1μF 的旁路電容，以降低檢測敏感度，減少噪聲對設(shè)備的影響。

2. 常規(guī)電壓監(jiān)控

TC127XA 設(shè)備可用于常規(guī)電壓監(jiān)控應(yīng)用，如電池電壓監(jiān)控和電源正常監(jiān)控等。在這些應(yīng)用中，設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)測電壓變化，并在電壓異常時及時發(fā)出復(fù)位信號，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3. 在 PIC 微控制器 ICSP 應(yīng)用中的使用

當(dāng)使用 TC1270AN 對通過在線串行編程（ICSP）功能進行編程的 PIC 微控制器進行電壓監(jiān)控時，需要注意一些特殊要求。例如，建議在 RST 引腳連接一個 1kΩ 的限流電阻，以確保設(shè)備的正常工作。

4. 修改觸發(fā)點

雖然 TC127XA 設(shè)備具有固定的電壓觸發(fā)點（VTRIP），但可以通過連接外部電阻分壓器來進行自定義調(diào)整。為了保持檢測精度，分壓器的泄放電流應(yīng)顯著高于設(shè)備的最大工作電流（15μA），通常建議泄放電流為 1mA。

5. MOSFET 低驅(qū)動保護

TC1270AN 系列由于其低工作功率和小尺寸的特點，非常適合用于 MOSFET 低驅(qū)動保護電路。當(dāng)輸入信號低于 TC1270AN 的閾值時，其輸出將 MOSFET 的柵極接地，防止 MOSFET 因柵極電壓不足而過熱。

6. 與具有雙向 I/O 引腳的控制器和處理器接口

對于一些具有雙向復(fù)位引腳的微控制器，為了避免邏輯沖突導(dǎo)致的不確定邏輯電平，可以在 TC127XA 設(shè)備的輸出端串聯(lián)一個 4.7kΩ 的電阻。同時，如果系統(tǒng)中還有其他需要復(fù)位信號的組件，應(yīng)使用緩沖器進行隔離，以避免對復(fù)位線造成負載。

7. 遷移路徑

TC1270A、TC1270AN 和 TC1271A 設(shè)備采用 5 引腳 SOT - 23 封裝，而一些 3 引腳 SOT - 23 封裝的設(shè)備（如 MCP111、MCP112、TC54 和 TC51）可以在不使用手動復(fù)位功能的情況下替代使用。這種兼容性為系統(tǒng)設(shè)計提供了更多的靈活性，可以根據(jù)不同的需求選擇不同的功能級別。

8. 掉電時復(fù)位信號的完整性

TC1270A 和 TC1271A 的復(fù)位輸出在 VDD 降至 1.0V 時仍然有效，但低于該電壓時輸出將變?yōu)椤伴_路”，無法吸收電流。為了確保在 VDD 接近 0V 時復(fù)位信號仍然有效，對于復(fù)位信號為低電平有效的設(shè)備，需要在 TC1270A 的 RST 引腳連接一個下拉電阻到地；對于復(fù)位信號為高電平有效的設(shè)備，需要在 TC1271A 的 RST 引腳連接一個上拉電阻到 VDD。

九、標準設(shè)備與定制配置

1. 標準設(shè)備

文檔中列出了一系列標準設(shè)備的型號、復(fù)位閾值、復(fù)位超時時間、封裝形式和訂單編號等信息。不同的型號具有不同的復(fù)位閾值和復(fù)位超時時間選項，工程師可以根據(jù)具體需求進行選擇。

2. 定制配置

除了標準設(shè)備，還提供定制復(fù)位觸發(fā)點和復(fù)位延時時間的選項。例如，定制的觸發(fā)點可以選擇 2.85V（相對于 3.0V 調(diào)節(jié)電壓的 5.0%）和 2.70V（相對于 3.0V 調(diào)節(jié)電壓的 10.0%）等。定制的復(fù)位延時時間有 35ms（代碼為 A）和 2.19ms（代碼為 B）等選項，但這些定制選項需要聯(lián)系當(dāng)?shù)氐?Microchip 銷售辦公室，并且可能有最低采購量要求。

十、開發(fā)工具與封裝信息

1. 開發(fā)工具

• SOT - 23 - 5/6 評估板（VSUPEV2）：可用于評估 TC127XA 設(shè)備的特性。該評估板上有上拉電阻、下拉電阻、負載電容和串聯(lián)電阻的安裝位置，以及電源濾波電容。在評估時，應(yīng)將所選設(shè)備安裝到選項 A 的位置。
• SOIC - 14 評估板（SOIC14EV）：具有 SOT - 23 - 6 封裝的占位，可以通過跳線連接到電路的任何部分，適用于評估 TC1270A 在 SOT - 23 - 5 封裝下的性能。這些評估板可以直接從 Microchip 網(wǎng)站購買。

  2. 封裝信息

• 封裝標記：5 引腳 SOT - 23 和 4 引腳 SOT - 143 封裝的設(shè)備有不同的標記代碼，這些代碼與具體的型號和配置相關(guān)。通過標記代碼可以快速識別設(shè)備的型號、電壓觸發(fā)點、復(fù)位延時時間等信息。
• 封裝尺寸：文檔中提供了 5 引腳 SOT - 23 和 4 引腳 SOT - 143 封裝的詳細尺寸信息，包括引腳間距、整體高度、寬度、長度等參數(shù)，方便工程師進行 PCB 設(shè)計。
• 產(chǎn)品帶盤規(guī)格：介紹了不同封裝的設(shè)備在載帶和卷盤上的規(guī)格，包括載帶寬度、間距、每卷盤的組件數(shù)量和卷盤尺寸等信息，為設(shè)備的自動化生產(chǎn)和組裝提供了參考。

綜上所述，Microchip 的 TC1270A/70AN/71A 電壓監(jiān)控器以其豐富的特性、良好的電氣性能和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在設(shè)計電壓監(jiān)控系統(tǒng)時提供了一個可靠的選擇。通過深入了解該設(shè)備的各項特性和應(yīng)用方法，工程師可以更好地發(fā)揮其優(yōu)勢，設(shè)計出更加穩(wěn)定、可靠的電子系統(tǒng)。你在使用這款設(shè)備的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎