TPS35：具有超时看门狗计时器的纳安级静态电流精密监控器详解

一、引言

在电子系统设计中，电源监控和系统稳定性保障是至关重要的环节。TPS35作为一款具有超时看门狗计时器的纳安级静态电流精密监控器，凭借其出色的性能和丰富的功能，广泛应用于机器人伺服驱动器、混合模块（AI、AO、DI、DO）、HVAC控制器、电表、输液泵、外科手术设备等众多领域。本文将深入剖析TPS35的各项特性、工作原理、应用场景以及采购信息等内容，为电子工程师和采购人员提供全面且详细的参考。

二、TPS35概述

TPS35是一款超低功耗的精密电压监控器，其典型静态电流仅为250nA，能够在极低的功耗下实现对电源电压的精确监控。该器件集成了可编程的超时看门狗计时器，为系统的稳定运行提供了可靠的保障。TPS35支持宽范围的输入电压，从1.04V到6.0V，能够适应多种不同的电源环境。同时，它提供了多种固定阈值电压选项，范围从1.05V到5.4V，步长为50mV，电压阈值精度在额定温度范围内可达1.2%，内置迟滞典型值为5%，有效避免了电源电压波动导致的误触发。

TPS35采用小型封装设计，包括6引脚WSON和8引脚SOT - 23封装，节省了电路板空间，适用于对尺寸有严格要求的应用场景。此外，TPS35还提供了TPS35 - Q1等符合AEC - Q100标准的汽车级版本，进一步拓展了其应用范围。

三、TPS35的核心特性

（一）可编程超时看门狗计时器

TPS35的看门狗计时器具有高度的灵活性，既可以进行出厂编程，也可以由用户使用外部电容器进行编程。出厂编程的看门狗超时时间范围从1ms到100s，能够满足不同应用场景的需求。用户还可以通过在CWD引脚和GND引脚之间连接外部电容器来设置看门狗计时器的时间，这种基于电容的计时器设置方式独特且高效。

在上电期间或RESET事件之后，TPS35会检测电容值，通过已知的内部电流源对电容器进行一个周期的充放电来精确测量电容值，并将检测到的值用于实现看门狗计时器。这种实现方式有助于降低电容器的连续充电和放电电流，从而降低总电流消耗，避免了传统电容计时方式中因电容连续充放电产生的死区时间（无看门狗监控功能），提高了系统的可靠性。看门狗计时器的时间tWD（以秒为单位）与CWD电容（以法拉为单位）之间的关系可以通过公式tWD = 4.95×10⁶×CCWD（F）来计算，对于理想电容器，看门狗计时器的精度为20%，电容的精度会对tWD时间产生额外影响，因此需要确保电容符合建议的工作范围。

（二）可编程复位延迟

除了看门狗计时器，TPS35还提供了可编程的复位延迟功能。复位延迟时间同样可以进行出厂编程或通过外部电容器进行编程，出厂编程选项的复位延迟时间范围从2ms到10s。复位延迟功能确保了在电源电压恢复正常后，系统有足够的时间完成初始化操作，避免了因电源不稳定导致的系统误动作。

（三）多种可编程选项

1. 看门狗启用/禁用：TPS35支持看门狗功能的启用和禁用，这对于一些特殊的应用场景非常重要。例如，在固件更新期间，为了避免主机复位，可以禁用看门狗；在软件分步调试操作期间或执行关键任务时，也可以禁用看门狗以避免看门狗错误中断。TPS35通过WD - EN引脚（引脚配置C）或SET[1:0] = 0b'01（引脚配置B）逻辑组合来支持看门狗启用或禁用功能。对于提供WD - EN引脚的引脚排列，看门狗启用/禁用功能由WD - EN引脚的逻辑状态控制，驱动WD - EN = 1来启用看门狗运行，驱动WD - EN = 0来禁用看门狗运行，且在器件运行期间可以随时切换WD - EN引脚。采用SET[1:0] = 0b'01组合时，可通过具有SET1和SET0引脚但不包含WD - EN引脚的引脚排列来禁用看门狗运行，在看门狗运行期间也可以随时更改SET引脚逻辑状态。

2. 看门狗启动延迟：TPS35支持看门狗启动延迟功能，在上电后或在RESET置位事件后或在WDO置位事件后激活。当启动延迟帧处于活动状态时，器件会监控WDI引脚，但不会使WDO输出置位，此功能允许在看门狗监控功能接管之前有时间让主机完成引导过程，有助于避免在引导期间发生意外的WDO或RESET置位事件。启动延迟时间tSD是根据所选器件型号预先确定的，引脚排列选项A、B仅在无延迟或10秒启动延迟选项中可用。

3. 动态计时器扩展：TPS35的看门狗计时器支持动态计时器扩展，范围从1X到256X。用户可以通过控制SETx引脚上的逻辑电平来灵活地动态更改看门狗计时器值，以满足不同应用场景的需求。例如，当主机处于睡眠模式时使用大超时计时器，当主机处于工作状态时更改为小超时运行模式；在执行系统关键任务时更改为大超时计时器，以确保看门狗不会中断关键任务。

（四）高精度电压监控

TPS35提供了高精度的欠压监控功能，能够实时监测电源电压的变化。其固定阈值电压范围广泛，精度高，内置迟滞功能有效避免了电源电压波动导致的误触发。当电源电压降至设定的阈值电压以下时，TPS35会使RESET或WDO输出置位，通知系统采取相应的措施，如保存数据、复位系统等，以保护系统免受欠压损坏。

（五）多种输出类型

TPS35提供了开漏、推挽两种输出类型，并且输出为低电平有效。用户可以根据实际应用需求选择合适的输出类型，以满足不同的电路设计要求。此外，TPS35还提供了锁存输出操作，在监控器或看门狗故障清除之前会锁存输出，确保系统能够及时检测到故障并采取相应的处理措施。

四、TPS35的工作原理

（一）电压监控原理

TPS35的电压监控功能始终处于激活状态。当VDD电压大于1.04V时，器件开始监测电源电平。当VDD电压大于VPOR（上电复位阈值）时，RESET和WDO输出将被主动驱动。当VDD信号降至设定的阈值电压ViT以下时，器件会使RESET输出置位，通知系统电源电压异常。同时，TPS35为电压监控提供了迟滞功能，确保电源在RESET输出取消置位之前恢复到监控阈值以上，避免了因电源电压在阈值附近波动导致的频繁复位。

（二）看门狗计时器工作原理

看门狗计时器用于监测微控制器（MCU）或其他主机的运行状态。主机需要通过WDI引脚在规定的时间周期twp内向TPS35提供有效的下降沿信号，以复位看门狗计时器。如果在twp时间内未检测到有效的WDI转换，TPS35会根据引脚排列选项置位RESET输出或WDO输出，通知系统主机可能出现故障。

对于基于电容的看门狗计时器设置方式，TPS35在上电期间或RESET事件之后会检测CWD引脚和GND引脚之间连接的电容值，并通过内部电流源对电容器进行充放电来精确测量电容值，将检测到的值用于实现看门狗计时器。在正常运行过程中，电容不会连续充电或放电，从而避免了死区时间的产生。

用户还可以通过控制SETx引脚上的逻辑电平来动态更改看门狗计时器值。SETx引脚的改变会导致看门狗计时器值或启用/禁用状态的改变，从而立即终止正在进行的看门狗帧。当WDO或RESET输出置位时，也可更新SETx引脚。在输出取消置位且tSD计时器结束或终止后，更新后的看门狗计时器值将生效。

五、TPS35的应用场景

（一）机器人伺服驱动器

在机器人伺服驱动器中，系统的稳定性和可靠性至关重要。TPS35可以实时监测电源电压，确保伺服驱动器在稳定的电源环境下工作。同时，其看门狗功能可以监测微控制器的运行状态，防止因微控制器死机或程序跑飞导致的伺服驱动器失控，保障机器人的安全运行。

（二）混合模块（AI、AO、DI、DO）

混合模块通常集成了模拟输入（AI）、模拟输出（AO）、数字输入（DI）和数字输出（DO）等功能，对电源的稳定性和系统的可靠性要求较高。TPS35可以为混合模块提供精确的电源电压监控和可靠的看门狗保护，确保模块在各种工作条件下都能正常运行，提高系统的稳定性和可靠性。

（三）HVAC控制器

HVAC（供热、通风和空调）控制器需要长时间稳定运行，对电源的监控和系统的故障检测要求严格。TPS35的超低功耗特性使其非常适合应用于HVAC控制器中，能够实时监测电源电压，并在电源异常时及时通知系统采取措施。同时，其看门狗功能可以防止控制器因软件故障而死机，保障HVAC系统的正常运行。

（四）电表

电表需要准确计量电能，对电源的稳定性和数据的可靠性要求极高。TPS35可以为电表提供高精度的电源电压监控，确保电表在稳定的电源环境下工作，保证计量数据的准确性。此外，其看门狗功能可以防止电表的微控制器因干扰或软件故障而死机，保障电表的正常运行和数据的可靠存储。

（五）输液泵

输液泵是医疗领域中重要的设备，其运行的稳定性和可靠性直接关系到患者的生命安全。TPS35可以为输液泵提供精确的电源电压监控和可靠的看门狗保护，确保输液泵在各种工作条件下都能准确控制输液速度和剂量，防止因电源异常或系统故障导致的输液事故。

（六）外科手术设备

外科手术设备对系统的可靠性和安全性要求极高。TPS35的超低功耗和高精度特性使其非常适合应用于外科手术设备中，能够实时监测电源电压，并在电源异常时及时通知系统采取措施，保障手术的顺利进行。同时，其看门狗功能可以防止手术设备的微控制器因干扰或软件故障而死机，避免对患者造成伤害。

六、TPS35的选型与使用注意事项

（一）选型

在选择TPS35时，需要根据具体的应用场景和需求考虑以下因素：

1. 封装形式：TPS35提供了6引脚WSON和8引脚SOT - 23两种封装形式，用户应根据电路板空间和设计要求选择合适的封装。

2. 看门狗超时时间和复位延迟时间：根据系统的运行周期和初始化时间要求，选择合适的看门狗超时时间和复位延迟时间。可以选择出厂编程的固定时间选项，也可以通过外部电容器进行编程以满足特殊需求。

3. 输出类型：根据后续电路的设计要求，选择开漏或推挽输出类型。

4. 汽车级需求：如果应用场景为汽车电子领域，需要选择符合AEC - Q100标准的TPS35 - Q1等汽车级版本。

（二）使用注意事项

1. 电容选择：在使用外部电容器进行看门狗计时器或复位延迟时间编程时，应选择符合建议工作范围的电容，并确保电容的精度满足要求。同时，要注意电容的布局和布线，避免电容引脚过长导致寄生电感增大，影响计时精度。

2. 引脚连接：在连接TPS35的引脚时，应严格按照数据手册的要求进行连接，确保引脚的功能正确实现。特别是对于看门狗启用/禁用、启动延迟等功能相关的引脚，要正确配置其逻辑电平。

3. 电源稳定性：虽然TPS35具有高精度的电压监控功能，但为了确保系统的稳定运行，仍应尽量提供稳定的电源。可以在电源输入端添加滤波电容等元件，减少电源噪声和波动。

4. 静电防护：TPS35对静电较为敏感，在操作和存储过程中应注意静电防护，避免因静电损坏器件。

七、元器件采购上拍明芯城

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总之，TPS35作为一款具有超时看门狗计时器的纳安级静态电流精密监控器，凭借其丰富的特性、广泛的应用场景和可靠的性能，成为了电子系统设计中不可或缺的重要元件。通过深入了解TPS35的各项特性、工作原理、选型和使用注意事项，并结合拍明芯城提供的便捷采购服务，电子工程师和采购人员能够更好地应用TPS35，为电子系统的稳定运行和可靠性提升提供有力保障。