電壓檢測是光纖通信設備必備的功能，是實現設備的掉電警告的信息來源，從而達到上報掉電警告到后臺服務器或網管，雖然當前有專用的電壓檢測芯片，但隨著通信設備成本下降的迫切壓力，就必須尋找更加低廉且性能穩定的替代電路，那么使得成本降低，從而提高了產品在國際市場上的競爭力。

　　1、光纖通信設備

　　1.1、光纖到戶FTTH簡介

　　光纖到戶（FTTP），又被稱為光纖到屋（FTTH），指的是一種寬帶通信系統，它是基于光纖光纜并采用光電子將諸如電話三重播放、寬帶互聯網和電視等多重高檔的服務傳送給家庭或企業，下面以字母簡稱FTTH來代表光纖到戶。

　　FTTH布線結構主要有兩種：一種是點對點形式拓撲，從中心局端到每個用戶都用一根光纖；另外一種是點對多點形式拓撲方式的無源光網絡（PON），這種點到多點的拓撲方式可有效降低光收發器數量和布線的光纖用量，同時機架空間也降低了。

　　1.2、光纖通信布局

　　根據點到多點的無源光網絡方案，本文舉一個例子，下圖（圖1）為無源光網絡的典型布局圖，由光線路終端（OLT）來管理眾多的家庭用戶（ONU），光線路終端放在小區或單位的機房，每個光模塊分別放在每戶家庭或每個辦公室，核心交換機則放置于電信運營商的機房。所有ONU的通信數據都要匯聚到OLT中，由OLT發送到核心交換機，核心交換機再到網上，從圖可知，所有的ONU的管理都是通過OLT來完成。

　　圖1

　　2、電路設計

　　2.1、電壓檢測芯片MAX708

　　概述

　　MAX公司生產的復位芯片MAX708，是一種帶有微處理器的電壓檢測控制芯片，可同時輸出兩種電平的復位信號，即同時輸出高電平有效和低電平有效。有三種情況如由獨立的比較器、VCC電壓或手動復位輸入均可觸發復位信號。

　　MAX708內嵌有電壓比較器，電壓比較器可用于監視外部輸入的電壓信號，根據電壓比較結果輸出高低電平，為其它CPU處理器提供電壓跌落的告警功能，此款芯片廣泛用于發生電源切換、向操作者發送警報或正常關機等需要進行預警的系統中。

　　MAX708有SO-8或TSSOP-8的表面封裝形式，并且提供3種可選的域值。

　　性能

　　復位信號有RESET和RESET#信號，分別代表高電平復位和低電平復位

　　電源失效或低電源警告的電壓檢測域值為1.25V，此電平輸入到芯片的獨立比較器

　　手動復位信號輸入

　　芯片工作的電源電流值為100uA

　　復位域值分別可選：2.63V、2.93V、3.08V

　　在VCC=1V時能提供有效的RESET信號

　　典型應用見圖2，內部等效電路見圖3，由于其應用電路和內部等效電路與MAX706相似，所以由MAX706的典型應用電路和內部等效電路來表示：

　　表1 ?管腳定義

　　從等效電路圖3可得出，PFI輸入電壓大于1.25V時，/PFO輸出低電平，當PFI輸入電壓小于1.25V時，/PFO輸出高電平；PFI外部通過主板輸入的電壓（一般為直流12V）分壓后輸入到PFI，12V分壓后得到1.4V給到PFI腳，一旦12V發生掉電，當12V掉到10V時，PFI腳電平變為1.25V，達到域值1.25V，由芯片內部比較器進行比較，閾值低于內部基準電壓值，比較器輸出低電平，從而導致/PFO輸出低電平，主板的供電電壓由10V繼續掉電，但從10V掉到5V之間過程中，主板中的開關電源電路還可以保證主板的正常工作，就在這個10V掉到5V的過程中，/PFO輸出低電平給處理器，處理器處于正常工作，可以馬上處理/PFO信號，并發出警告。

　　2.2、低成本檢測電路

　　可控精密穩壓器TL431

　　TL431是精密可控的穩壓芯片，是由美國德州儀器生產，該器件有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓可通過兩個分壓電阻就可隨意從Verf（2.5V）到36V范圍內的任何值進行設置。TL431的典型動態阻抗為0.2Ω，在很多應用電路中都可用它來代替穩壓二極管，例如：運算放大電路，數字電壓電流表，開關電源電路，可調電源電路等。

　　TL431的具體功能見圖4的功能模塊示意。由圖可以看到，VI提供芯片內部的2.5V的基準源，作為運放的反向輸入端電壓。由運放的特性可知，只有當REF端（同向端）的電壓高于VI（2.5V）時，三極管中才會有電流通過，同相輸入電壓少于2.5V時，三極管處于截止狀態（理想狀態下），隨著REF端電壓發生微小變化，通過三極管的電流將從1mA到100mA之間變化。當然，圖4不能完全表示TL431的實際內部結構，但可用于分析理解TL431芯片內部電路。

　　TL431內部等效電路如圖4所示，本文選擇SOT-23封裝，如圖5：

　　圖4

　　圖5

　　TL431可等效為一只穩壓二極管，其基本連接方法可參考下圖a和圖b所示。下圖a作為2.5V的基準源，下圖b作可調基準源，在圖b中輸出電壓與分壓電阻R2、R3的關系為U0=（1+R2/R3）2.5V，具體工作原理：輸入電壓增大，由于負載阻值不變，那么輸入的電流也變大，伴隨著流過限流電阻的電流也變大，從而限流電阻兩端的電壓也變大，那么穩壓二極管的電壓則由輸入電壓減去限流電阻的電壓，得到U0電壓值，這個U0值保持不變，即輸入電壓增大的幅度被限流電阻兩端電壓的增幅給抵消了，實現了U0電壓穩壓。

　　TL431器件的運用

　　圖6電路由TL431管、PNP和NPN三極管組成，外加少量阻容，電路精簡而有效，如下圖，TL431為穩壓二極管管，由電阻18K和10K電阻組成穩壓電路，根據器件特性公式U0=（1+R2/R3）*2.5V，可知TL431之間的電壓為U0=2.5*（1+18/10）=7V，那么R313電阻之間電壓為12-7=5V，由于5V大于3.3V，即EB兩級電壓為-1.7V，故而U12PNP不導通，由于U12不導通，那么Q9也不導通，從而GPIO_0信號被拉高，為高電平；當12V開始掉電，掉到7.8V時，R313之間電壓為7.8-7=0.8V，此時EB兩級電壓為0.7V，使得U12導通，R315電阻電壓為3V，那么Q9NPN管導通，那么GPIO_0信號腳為0V低電平，信號輸入到處理器，處理器處理此信號后往上層管理局點OLT發出警告，OLT收到告警后會在告警列表里打印出告警提示。

　　圖6

　　2.3、電壓檢測功能測試

　　對已經設計簡易電壓檢測電路的無源光網絡設備（ONU）進行測試，方法一是通過示波器量電路輸出電壓UO和電路輸入電壓UI，當輸入電壓UI被切斷時可觀測到輸入電壓UI出現電壓下降到10V時，UO電壓則由3.3V變為0V。方法二是整個設備的功能測試，將ONU連接到OLT上，將輸入電壓UI切斷，然后觀察OLT的告警打印，這時可以看見OLT的有掉電告警的提示，然后反復測試100次以上，OLT均有提示告警。以上測試表明電路穩定可靠。

　　3、總結

　　本文提供了一種簡易、低成本的電壓檢測電路的方法，采用穩壓二極管、PNP和NPN三極管來設計掉電檢測電路，完全可以替代MAX708的掉電檢測功能，功能穩定可靠，且價格低廉，為MAX708的一半左右，具有較強的實用性，可用于其它對電源的檢測電路上。