一种高可靠性掉电保护电路设计

1问题的提出
在智能仪表及过程控制中常常要用掉电保护电路以长时间保存实时参数。通常可采用E2PROM、FLASH MEMORY以及以随机存储器为基础内置电池的非易失性芯片来实现。E2PROM、FLASH MEMORY属于可在线修改的ROM器件，它解决了应用系统中实时参数掉电后长时间保存的难题，但这类芯片写入速度慢，一般为毫秒级，擦写次数有限，一般为万次级，有些器件擦写次数能达到百万次，但对某些应用系统而言，其写入次数仍然是有限的。因此这类芯片只能用在需要保护的数据量小且写入不频繁的系统中。对那些需要大容量高速反复保存实时参数的应用系统，只能用随机存储器RAM加掉电保护电路来实现。掉电保护电路一般由低功耗的CMOS-RAM、供电电路及控制电路组成。供电电路保证在系统正常时由电源给RAM供电，系统掉电时自动转换到由备用电池给RAM供电；控制电路保证在电源供电时RAM正常读写，电池供电时RAM处于保护状态，特别要防止在系统上电/掉电过程中的瞬间干扰信号对RAM芯片的写入而改变RAM中的数据。基于RAM的掉电保护电路既具有RAM的高速写入、写入次数无限制的特点，又能象ROM那样长时间保存数据，因此得到了广泛的应用。实现上述原理的掉电保护方法很多，某些厂商甚至以RAM为基础内置电池，开发出了自掉电保护芯片。用这类单独的掉电保护芯片或电路构成的应用系统，在实际应用中有时出现工作不稳定现象。经分析发现：若系统电源的变化使RAM先处于保护状态，而系统尚未复位，微处理器正常工作，此时对RAM进行读写操作，因其已处于保护状态，必定发生数据读不出写不进的现象，引发系统故障。对于这种微处理器复位电平与掉电保护电平不一致而影响系统正常工作的问题，我们提出了用微处理器监控电路把系统复位与掉电保护联系在一起的解决方案。系统复位时存储器处于保护状态，系统工作时存储器处于可以正常读写，从而有效地解决了上述问题。下面介绍利用ADM691微处理器监控电路按上述原理实现的高可靠性的掉电保护电路。
2ADM691芯片介绍
ADM691是AD公司生产的一种高性能微处理器电源监视电路，其功能包括微处理器复位，备用电池切换，看门狗电路，CMOS-RAM写入保护及电源故障告警等。
2.1芯片主要特点
精确的4.65V监控；
上电、掉电、不正常低压供电产生复位输出；
100ms，1.6s 或可调看门狗计时器；
１μA待机电流；
备用电池电源切换；
芯片使能信号的在线选通；
电源故障报警。
2.2芯片引脚及功能
ADM691为16脚DIP和SO封装，引脚如图１所示。各引脚功能如下：
（1）VBATT备份电池输入；



图1ADM691引脚
（3）VCC输入电源电压+5V；
（2）VOUT输出电源电压。当大于VBATT且高于复位门限值时，VOUT接到VCC；当VCC低于VBATT且低于复位门限时VOUT接到VBATT；
（4）GND地；
（5）BATTON电池接通输出。当VOUT接到VBATT时为高；
（6）

电源故障输出。VCC降到复位门限以下时，

变低，这个输出可用来产生一个不可屏蔽的电源故障中断；
（7）OSCIN外部复位和看门狗时钟输入。OSC SET接低电平时调节复位和看门狗时间，OSC SET浮空时OSCIN亦浮空，使复位时间为50ms，看门狗时间为1.6s；
（8）OSCSET内外时钟选择；
（9）PFI电源故障输入。当输入小于1.3V时，

变低。
（10）

电源故障输出。选择适当的电阻将VCC分压送入PFI，使VCC降到4.8V（高于复位电平150mV）时

产生低跳变，触发非屏蔽中断，可以利用VCC降到复位电平4.65V之前的这段时间，保存一些必要的参数；
（11）WDI看门狗触发输入。WDI保持不变，时间超过设定时间，则

变低,复位有效,利用此功能可有效防止系统死机,增强抗干扰能力。
（12）

RAM芯片使能输出。在

有效期间，

保持高电平，以禁止对RAM的选通；

无效期间,

复制

，保证对RAM的正常读写；
（13）

RAM芯片片选输入。μP产生的使能信号先接

，经

复制后再接RAM的片选，以保证系统正常工作时对RAM的正常读写，在复位期间禁止对RAM的操作，保护RAM中的数据；
（14）

看门狗输出。WDI电平保持不变超过设定时间，

将输出低电平；
（15）

负复位输出。当VCC下降至复位门限电压（4.65V）以下，