Cómo monitorear adecuadamente los voltajes de suministro

¿Cómo monitorea adecuadamente los voltajes de suministro para circuitos digitales (microcontroladores, FPGA, RAM)? (Me topé con esta pregunta cuando trabajaba en sistemas críticos de seguridad)

Lo que he visto mucho es tener ADC que miden el voltaje de suministro regularmente, pero este tipo de circuitos funcionan débilmente contra fallas ya que la mayoría de las veces el ADC no mide en el momento correcto. Los fallos pueden conducir a la corrupción de la memoria, lo que puede ser catastrófico. Además, echando un vistazo a http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/product-selector-card/Supervisorsfd.pdf parece que incluso se desea cierta resistencia contra la detección de fallas. Lo que tiene sentido, porque mientras un glitch no tenga un cierto ancho o profundidad, no tiene impacto.

Pero también me he topado con algunos circuitos integrados (un RTC, por ejemplo) que, además de su circuito normal de caída de voltaje, tienen detección de bordes para detectar aumentos o caídas repentinos en el voltaje de suministro.

Para resumir, ¿no es deseable tener además del monitoreo de voltaje "estático" normal (con cosas como ADC o comparadores) algún circuito que pueda detectar fallas (de un ancho de profundidad lo suficientemente grande como para tener un impacto)?

Pregúntese qué es lo que está tratando de lograr y si un "producto" simple tiene alguna necesidad especial de autocontrol del suministro de energía. ¿Qué equipo se requiere para tener autocontrol de las fuentes de alimentación y por qué? ¿A qué tipo de producto podría estar dirigida su pregunta? Y, cuando detecta una falla, ¿qué hace o qué debe hacer al respecto?
Muchos sistemas electrónicos no tienen ningún tipo de monitoreo de suministro y solo dependen de la fuente de alimentación para suministrar el voltaje correcto. La mayoría de estos sistemas funcionan bien. Contar con un sistema de monitoreo de la fuente de alimentación tampoco garantiza un funcionamiento crítico para la seguridad. Debe evitar caer en la trampa de enterarse de un posible problema, hacer todo lo posible para evitarlo pero pasar por alto otros problemas (más críticos) que su sistema pueda tener.
@Andyaka No, un producto simple no suele necesitar esto. El caso del RTC es especial ya que los fallos pueden tener un impacto negativo en la precisión del reloj. Por otro lado, los sistemas críticos de seguridad necesitan esto, pero me sorprendió que a menudo solo hay un ADC que, en mi humilde opinión, no protege adecuadamente los circuitos digitales. Si se detecta una falla lo suficientemente grande, el sistema no es seguro y debe tomar medidas para volver a un estado seguro (restablecer o recargar la memoria correspondiente).

Respuestas (3)

Pero si hay un 'apagón' y el voltaje cae por debajo de cierto valor, entonces tener un ADC para monitorear la situación no ayudará.

Un 'fusible electrónico' es algo que he usado en el pasado para fallas actuales. El TPS2420 también tiene UVLO pero no es configurable, en algunos otros fusibles electrónicos sí lo son. Este tipo de piezas tienen un pin de falla y puede configurar la corriente de falla.

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Si está buscando monitorear el voltaje en busca de 'caídas', este es un buen circuito y se encuentra en muchos circuitos integrados de potencia, o puede construir uno con componentes discretos:

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El comparador de disparo Schmitt garantiza que la salida no fluctúe y tenga histéresis, por lo que si hay una caída y está cambiando rápidamente, no activa oscilaciones rápidas. El puente resistivo determina el voltaje que detecta el circuito (que debe coincidir con el voltaje de referencia del comparador). La fuente de corriente asegura que el comparador aún funcione incluso en condiciones de bajo voltaje (y debe tener un capacitor en el suministro lineal que debe mantener el circuito funcionando en malas condiciones). Puede ejecutar la salida de este circuito en un pestillo S/R o en el pin de interrupción de un microprocesador.

El problema es que una vez que su suministro no es estable, todas las apuestas están canceladas. Cualquier falla que lleve a Vcc por debajo del umbral mínimo en un circuito de procesador o similar es realmente una mala noticia.

Si sospechara que esto era así pero no pudiera captar el evento con un visor (quizás porque era muy poco frecuente) consideraría diseñar un circuito de latch analógico para indicar de alguna manera el hecho de que el suministro había caído por debajo de los límites. Pero esto aún sería para confirmar el problema para que pudiera comenzar a tratar de solucionarlo en la fuente. No estaría tratando de hacer que un procesador detecte cuándo sus propios suministros son escamosos (aunque existen cosas como la detección de apagón, pero eso es un poco diferente).

Hay algunas formas diferentes de monitorear el voltaje de suministro. Una solución simple y efectiva es un chip de reinicio de encendido como el DS1233AZ-15+.

https://www.digikey.com/products/en?keywords=DS1233AZ-15%2B-ND

Lea la hoja de datos para entender cómo funciona. Podría hacer su propio circuito supervisor usando un comparador de alta velocidad y una referencia de voltaje. El muestreo del voltaje de suministro usando un ADC probablemente no sea necesario a menos que necesite un registro de los datos. Lo más probable es que solo necesites saber si algo sucedió y actuar en consecuencia.

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