看门狗定时器电路的功能和操作及局限性解决方案

看门狗定时器提高了基于微控制器的系统的可靠性。但是，它们并非万无一失。在本设计解决方案中，我们回顾了看门狗定时器电路的功能和操作，探讨了它们的局限性，并提出了一系列有助于克服这些缺点的看门狗IC。

介绍

你在半夜醒来时听到你忠诚的狗山姆大声吠叫的声音。你躺在那里听了一会儿，然后得出通常的结论，他很可能被一只随机的野生动物在夜间徘徊时穿过你后院的噪音打扰了。事实上，几分钟后，吠叫停止了，当你再次开始漂移时，你会感到安慰。突然间，你猛地惊醒——狗停止吠叫是因为他又睡着了，还是，也许，他被入侵者噤声了？最终，你的好奇心会变得更好，当你下楼时，你会责备自己看了太多犯罪惊悚片。在确保自己一切都井井有条之后，你溜回被子里，继续前往点头之地的旅行。看门狗非常适合安全，但虽然狗的吠叫可以让人放心，但它也可能令人担忧，这意味着您偶尔需要进行手动检查。

在监测异常活动时，微处理器看门狗电路，如它们的犬类等效电路，是可靠和值得信赖的，但与我们的四足朋友不同，它并不智能。随着微控制器进入日益多样化的应用范围，必须重新评估曾经被认为是微不足道（在某种程度上被认为是理所当然）的看门狗电路的性能。在此设计解决方案中，我们快速回顾了看门狗定时器电路的功能和操作。在介绍看门狗定时器IC系列之前，我们将讨论它们的局限性及其对某些应用的严重影响，该系列提供故障保护以解决这些缺点，同时还具有其他一些好处。

看门狗定时器

执行关键或安全相关功能的微型设备需要高水平的监督，以确保能够正确检测和纠正故障。关键功能可以定义为不能容忍停机时间的功能，并且（在许多情况下）维修成本很高的功能。这些功能几乎存在于微型市场的每个细分市场中：患者监控系统、过程控制工厂和与安全相关的汽车应用，仅举几例。微型器件经常受到电源瞬变、电磁干扰 （EMI） 和静电放电 （ESD） 的影响。这些可能导致它执行错误的指令。为了防止这种情况，看门狗定时器是一个有用的外围设备，可以帮助捕获和重置已经“失控”的微型。看门狗定时器是一个简单的倒数定时器，用于在指定的时间间隔后重置微。在正常运行的系统中，软件将定期重新启动看门狗定时器。重新启动后，看门狗开始计时另一个预定间隔。如果微处理器运行正常，软件将在超时之前重新启动看门狗定时器。如果看门狗定时器超时，它将重置微型。如果系统软件设计正确且没有硬件故障，则重置将使系统进入已知良好状态并再次开始正常运行。

操作说明

图2显示了一个简单的看门狗电路布置。微型器件被编程为以指定的时间间隔向看门狗定时器IC发送脉冲。如果看门狗定时器输入 （WDI） 在该时间内未切换，则会向微信号发送脉冲，警告发生故障。警告信号可以是复位到微，也可以是馈送到微的不可屏蔽中断（NMI）端口的窄脉冲。故障可能是由代码执行错误或产生WDI脉冲的定时电路中的错误引起的。

图2.典型的看门狗定时器电路。

这种安排的简单时序图如下图 3 所示。

图3.如果 WDI 未在监视器窗口中切换，则 WDO 将切换

一些看门狗定时器不仅在WDI切换太晚时，而且在切换太快时警告微型，从而提供额外的安全性。上时间间隔和下时间间隔之间的差异称为“看门狗窗口”。当微执行例程时，它通常会在代码中的某个点设置一个标志。在预设的时间间隔内，它响应中断服务例程（ISR），该例程记录是否已设置看门狗标志，如果是，则向WDI发送脉冲。如果没有，则假定微型已挂断;也许执行一个无限循环。微观故障也可能意味着 ISR 执行得太频繁。

不错？好

无论看门狗定时器的功能如何，都存在无法通过复位来纠正的某些故障。例如，看门狗定时器无法防止或检测损坏的数据存储器。除非损坏的数据影响程序流，否则不会发生监视器超时。此外，应该注意的是，看门狗定时器无法立即检测到故障。根据定义，监视程序计时器必须达到其超时间隔的末尾，然后才能重置处理器。显然，在时间关键型应用中，例如连续血糖监测仪或胰岛素泵，不能容忍延迟，看门狗定时器电路必须具有超控功能，如果微被困在无限循环中或开始执行损坏的数据，可以立即激活该功能。

拴着皮带的看门狗

MAX16152和MAX16153（图4）通过提供手动复位（MR）输入，允许外部按钮或逻辑信号启动复位脉冲，从而解决这些问题。RST和WDO作为漏极开路输出提供。

图4.MAX16152/MAX16153的功能框图

这些IC的另一个优点是，它们还可以用作超低电流（典型值为400nA）监控电路，以监控单个系统电源电压。每当 V抄送电源电压大于最小工作电压，但小于复位门限。电源电压升至复位门限以上后，复位输出在复位超时周期内保持置位状态，然后取消置位。复位电压门限范围为 1.50V 至 5.0V，增量约为 100mV。MAX16152采用纤巧的0.86mm x 1.27mm 6焊球WLP，MAX16153采用6引脚SOT23封装。

对于不需要手动复位的不太重要的应用（例如个人计算设备），另外两个系列型号MAX16154 （6焊球WLP）和MAX16155 （6引脚SOT23）提供了一个逻辑输入（WD_EN）引脚，允许在系统微控制器处于“睡眠”模式或未执行代码时禁用看门狗功能。这可用于防止看门狗IC在这些时间内不必要地向微控制器发送中断（即唤醒）。

总结

在本设计解决方案中，我们回顾了看门狗定时器电路的功能和操作，并探讨了它们的局限性。存储器错误和无限循环是看门狗定时器无法始终检测和复位的两个微控制器错误。对于无法接受的应用，使用可手动复位的看门狗定时器非常重要。我们推出了一系列提供此选项的毫微功耗看门狗定时器IC，以及用作电源电压监控器的额外优势。极低的电流消耗和极小的封装尺寸使这些IC非常适合多种电池供电应用，包括便携式计算、计量和医疗可穿戴设备。

审核编辑：郭婷