24. 如何理解模拟集成电路模块系列之八：监控器？

大家好！今天我讲讲在模拟集成电路中用于显示处理的一种功能模块：监控器。顾名思义，监控器是一个对输入信号或者输出信号进行显示的电路，所以它会对输入或者输出的信号的幅度进行量化。之所以在模拟集成电路中会采用监控器，主要是为了有些应用中会对集成电路是否工作或者工作是否正常进行一个判别，如果监控的数据和输出的数据对应关系处于一个正常范围内，那么可以判断集成电路工作正常，系统是比较可靠的，如果对应关系超出了合理范围，则可以判断集成电路工作不正常，系统不可靠。可以说，在需要对集成电路工作进行识别以便对系统进行评估的应用场景下，监控器是模拟集成电路中不可或缺的一个功能模块。

为了能更好的对监控器进行讲解，我从电路结构和性能参数两个方面对其进行分析；从电路结构方面看，监控器分为偏置电路、参考源、基于运放的电压跟随器、电压电流转换器、补偿电路五个部分；其中偏置电路是为参考源、电压跟随器和电压电流转换器提供工作点，它主要决定监控器工作直流点；参考源是给电压跟随器的提供跟随电压，其参考源电压是随监控信号的幅度而变化的；基于运放的电压跟随器是和参考源、电压电流转化器一起将监控电路进行复制，从而使得监控器的输出电流和被监控信号具有一定的比例关系，这个关系有电压电流转换率来决定。

监控器的性能参数也和其他功能模块一样，有四个类型：输入特性、输出特性、交流特性、极限特性；第一类型，输入特性是工作电压、工作电流、监控范围，工作电压一般表现出监控器电路对工作环境的适应程度，如果工作电压范围广，则适应性强；如果工作电压范围窄，则工作条件比较苛刻；工作电流决定了监控器电路在各种不同工作电压下的功耗，一般来说，工作电压升高时，工作电流也会上升，所以功耗也会提高，这时监控器电路在不同工作电流下输出特性也不能有较大的裂化。监控范围是监控器能够监控的信号的范围，一般我们希望这个范围越大越好。

第二个类型，输出特性是监控精度、监控比例、监控输出稳定时间、监控启动点；监控精度是指监控器的输出对应的输入信号和实际监控信号之间的差异，一般来说，这个精度采用百分比来进行衡量，在所有情况下精度一般在正负10%之间；监控比例是指的监控器的输出和实际监控信号之间的关系，一般这个比例采用1:1，当然有些应用为了能节省功耗，采用1:2；监控输出稳定时间是在监控信号发生变化后监控输出信号达到稳定所需要的时间，一般来说，输出稳定时间的长短和输出稳定之间有一个折中，如果希望能够快速达到控制电平，那么到达监控电平后的稳定性会比较差一点；监控启动点是指监控电路能够监控的最小信号，这个启动点有电压跟随器和电压电流转换器共同决定，一般来说我们希望这个启动点越低越好。

第三个类型，交流特性是高/低频截止频率、开环增益和相位裕度。高/低频截止频率反映的是监控器中的电压跟随器的线性放大器高频截止频率和低频截止频率，特别是高频截止频率和控制监控输出稳定时间是有关联的，低频截止频率一般来说不能高于主信号通道的低频截止频率，不然控制信号也会进入到主信号通道中，从而被主信号通道模块处理，这样其实是引入了一个低频噪声，降低整个主信号通道的性能；开环增益和相位裕度指的是监控器的第三部分和第五部分电路，基于运放的电压跟随器和补充电路的开环增益和相位裕度，一般来说，开环增益为50dB以上，相位裕度大于60º即可。

最后一个类型，极限特性是：最大工作电压、工作温度范围。这个最大工作电压和输入电压范围的区别在于，在最大工作电压下可能监控器电路工作不正常了，但在输入电压范围的最大值时，监控器电路必须是正常工作的。工作温度范围是指PN结温下的范围，它和监控器的温度范围有些许区别，一般来说，极限特性下工作温度范围会比监控器的温度范围宽。

好，总结一下，这一讲我从五个电路部分，偏置电路、参考电路、基于运放的电压跟随器、电压电流转换器、补偿电路和十一个性能参数，工作电压、工作电流、监控范围、        监控精度、监控比例、监控输出稳定时间、监控启动点、高/低频截止频率、开环增益和相位裕度、最大工作电压、工作温度范围，对监控器电路进行了分析，希望对大家有所帮助！