保证我们的 FPGA 应用电源是安全的

我们都知道，我们生活中的新技术带来了巨大的机遇和可能性，但也带来了新的挑战。例如，智能手机和平板电脑让我们可以 24/7 全天候访问我们周围的世界，但也产生了如此依赖，以至于我们可能无法放下它们。

同样，芯片级技术的进步有助于创造无限机遇，但也带来挑战。随着新的、更小的工艺节点和更低的核心电压轨，我们看到了更高集成度和更高效率的好处。同时，由于边角分布和工艺变化，它也带来了硅性能变化的挑战。为了应对这些硅工艺变化，供应商正在指定具有更严格公差的电源轨（见表 1）。

表 1：Xilinx Virtex-7 电源要求 

从电压监控/监督的角度来看，具有更严格容差的较低电源轨给系统设计人员带来了挑战，要求他们在 FPGA、ASIC 或存储器组暴露于高压尖峰时保护数据并将系统移至安全模式。

典型的电压监控器集成电路 (IC) 将具有宽电压阈值精度、可变迟滞、抗干扰能力差且无过压检测功能。这些不准确导致复位发生在窄容差范围之外（图 1），在标称电源范围内触发错误复位，并产生对过压和欠压瞬态的敏感性，这可能会使系统处于危险之中。

图 1：复位发生在安全内核电压容差之外

此外，工业和汽车应用中越来越多的安全标准（例如 ISO26262 和 ISO61508）需要具有集成过压检测功能的高精度电压监控。

为了应对这些多重挑战，TI 开发了TPS3702，这是一款采用小型 SOT-23-6 封装的具有固定阈值电压的过压和欠压窗口比较器。TPS3702是小型SOT-6封装中的集成过压和欠压窗口检测器。这种高精度电压检测器非常适合于在低压供电轨上运行且具有窄裕度供电公差的系统。0.55%和1.0%的低阈值滞后选项可防止在受监控电源处于其正常工作范围时出现错误复位信号。内部故障抗扰性和噪声滤波器进一步消除错误信号导致的错误复位。
TPS3702不需要任何外部电阻器来设置过压和欠压复位阈值，这进一步提高了整体精度并降低了解决方案的大小和成本。SET引脚用于在每个设备中设计的两个可用阈值电压之间进行选择。单独的传感输入引脚和VDD引脚允许安全关键和高可靠性系统寻求冗余。该设备还具有OV和UV引脚的独立复位输出；作为开漏配置的结果，UV和OV可以连接在一起。
该装置的典型静态电流规格为7μa，适合在-40°C至125°C的工业温度范围内使用。

■ AEC-Q100合格：
▲ 设备温度等级1:–40°C至125°C环境工作温度
▲ 设备HBM ESD等级2
▲ 设备CDM ESD分类等级C4B
■ 输入电压范围：2伏至18伏
■ 高阈值精度：
▲ 0.25%（典型）
▲ 0.9%（–40°C至125°C）
■ 固定窗口阈值引脚对1 V和5 V之间的标称导轨进行了优化
■ 开路漏极输出，用于过压和欠压指示
■ 内部故障免疫
■ 使用设定销调整阈值
■ 低静态电流：7μA（典型值）
■ 内部阈值滞后：0.55%，1.0%
■ SOT-6封装

这种高精度窗口比较器为 FPGA 设计人员提供了以下优势：

· FPGA/ASIC 严格公差 – TPS3702 在整个温度范围内具有 0.9% 的最大阈值电压精度。这是通过在工厂级别修整内部电阻分压器来实现的。其他电压监视器需要外部电阻分压器，这会导致阈值电压不准确。TPS3702 非常适合在低压电源轨上运行且具有严格电源容差的系统。在 FPGA 最小/最大电源容差被否决之前，其非常高的精度保证了安全的 RST。

· 标称电压窗口内的错误复位 – 0.55% 或 1.0% 的低阈值滞后选项可防止干扰中断，同时确保仅当 V CC回到安全窗口时才释放 RST。

· 抗过冲和下冲尖峰——内部毛刺抗扰滤波器进一步消除了由错误信号导致的错误复位。

· ASIL 和 SIL 风险等级需要准确的过压和欠压 - TPS3702 使您能够围绕所选电压选项（+/-3%、+/-5%、+/-7%、+/-）选择窗口范围的阈值选项10%) 根据您的应用要求和安全标准需要。

图 2：TPS3702 的可能应用