隨著title="低功耗">低功耗單片機(jī)及輔助芯片應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，各種應(yīng)用場合對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)有了更加嚴(yán)格的要求，便攜式解決方案在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中開始占據(jù)越來越大的比重，并越來越多地傾向于低電壓、低功耗、微型化設(shè)計(jì)。在這些便攜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，一般均采用電池作為系統(tǒng)供電方式。在一些使用交流供電的系統(tǒng)中，也設(shè)計(jì)了后備電池供電方式。TPS60101具有微功耗、高效率、可控、寬輸入電壓范圍、穩(wěn)壓效果好、低漏電流、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，可以為這些設(shè)計(jì)提供完美的電源解決方案。它一般使用兩節(jié)電池提供輸入，1.8-3.6 V均可正常工作，充分保證了單片機(jī)系統(tǒng)在外接鋰電池、鎳氫電池或堿性干電池時(shí)，在電池電量狀態(tài)變化過程中得到穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
作者在設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于工業(yè)智能儀表的低功耗現(xiàn)場設(shè)定裝置時(shí)，采用了TPS60101作為系統(tǒng)電源芯片，配合單片機(jī)設(shè)計(jì)出了具用軟電源開關(guān)和自動(dòng)關(guān)機(jī)功能的系統(tǒng)電源。
TPS60101芯片簡介
TPS60101芯片采用20腳TSSOP貼片封裝，圖1是它的引腳圖，具體引腳功能見表1。
表1 TPS60101引腳描述
精密的制造工藝和優(yōu)良的設(shè)計(jì)使得TPS60101具有出色的電氣性能，能夠滿足設(shè)計(jì)者苛刻的要求，具體特點(diǎn)如下：
- 最大輸出電流100 mA，可滿足絕大多數(shù)低功耗單片機(jī)系統(tǒng)的功耗需求；
- 少于5 mV的輸出電壓波動(dòng)，提供3.3V±4%的穩(wěn)壓輸出；
- 僅需少量外圍元件，無需諧振線圈等器件，自身無干擾輸出，應(yīng)用電路體積很小；
- 電荷泵效率最高可達(dá)90％；
- 能夠采用外時(shí)鐘同步，以便在需要考慮同步干擾的場合使用；
- 寬輸入電壓范圍，1.8-3.6 V均可正常工作，充分保證了單片機(jī)系統(tǒng)在外接不同類型電源以及電池電量狀態(tài)變化過程中得到穩(wěn)定的電源供應(yīng)；
- 50 μA的工作附加電流，0.05 μA的關(guān)斷漏電流，消耗電能很少，保證自身低功耗；
- 具有工作/關(guān)斷控制，關(guān)斷模式下，穩(wěn)壓電源輸出隔離，增加電源管理的可靠性；
- 微型的TSSOP貼片封裝，減小應(yīng)用電路體積。這種封裝形式在芯片底部集成了散熱片，可直接與印制板相連，在沒有增加電路體積的情況下有效提高了散熱性能。
TPS60101的使用方式
TSP60101芯片在設(shè)計(jì)上做了許多實(shí)際考慮，允許設(shè)計(jì)者在不同的實(shí)際情況下靈活設(shè)計(jì)，如圖2、圖3和圖4，是它的三種典型應(yīng)用方案，作者將根據(jù)自己的應(yīng)用體會(huì)分別予以介紹。
TPS60101片內(nèi)集成了2個(gè)升降壓電荷泵，通過改變芯片的18腳COM的外接電平可以選擇電荷泵的2種工作狀態(tài)：COM接地為推挽模式，接高電平為單端模式。推挽模式中，片內(nèi)的2個(gè)電荷泵的工作狀態(tài)在時(shí)域上有180°的相位差，各占據(jù)50％的負(fù)載周期進(jìn)行推挽輸出。這種方式可以在最大限度上避免輸出電壓的波動(dòng)，得到最好的穩(wěn)壓效果，但需要外接2個(gè)電容。在單端模式中，2個(gè)電荷泵是無相位差的并行輸出。這種方式僅需1個(gè)外接電容。圖2和圖3給出了推挽模式和單端模式的應(yīng)用電路。
一般來說，在對(duì)實(shí)際應(yīng)用電路的體積沒有嚴(yán)格要求的情況下，應(yīng)當(dāng)選擇推挽模式以獲得最好的工作性能。但是，由于TPS60101芯片本身體積很小，影響應(yīng)用電路體積的主要因素是外接元件。若工作于單端模式，則應(yīng)用電路的體積可以減少一半以上。如果在電壓穩(wěn)定度要求一般，但是對(duì)電路體積要求嚴(yán)格的情況下，也可以考慮使用單端模式。
通過改變第2腳的SYNC的外接電平可以選擇TPS60101的同步時(shí)鐘源。SYNC接低電平使用片內(nèi)振蕩器產(chǎn)生的同步時(shí)鐘信號(hào)，SYNC接高電平使用外部同步時(shí)鐘信號(hào)，外部時(shí)鐘信號(hào)引至3V8腳。一般場合下只需使用片內(nèi)時(shí)鐘即可。但是，如果TPS60101的供電系統(tǒng)工作于某一個(gè)固定頻率時(shí)，采用外部時(shí)鐘同步方式更加合理。需要注意的是，在使用外部時(shí)鐘同步方式時(shí)，SKIP腳應(yīng)接地以降低輸出噪聲。圖4給出了外同步時(shí)鐘方式的應(yīng)用電路。
通過改變芯片19腳3V8的外接電平可以選擇芯片的輸出工作方式。3V8接低電平為標(biāo)準(zhǔn)3.3 V輸出，接高電平為預(yù)置3.8 V輸出。在一般的應(yīng)用場合，均應(yīng)使用第1種方式；只有在對(duì)電源性能要求非常嚴(yán)格的情況下，才采取第2種方式。TPS60101提供粗略的 3.8 V輸出，后級(jí)再外接1個(gè)低壓差穩(wěn)壓器，例如TPS7330芯片，以獲得更加精確和穩(wěn)定的3V輸出。
在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用中需要注意的是，芯片底部和印制版接觸處集成了一散熱片，在印制板上對(duì)應(yīng)的位置需要鋪銅焊接，并和電源地相連，同時(shí)所有的PGND和GND引腳應(yīng)該以盡可能短的粗導(dǎo)線相連。
TSP60101在低功耗現(xiàn)場設(shè)定裝置中應(yīng)用的實(shí)例
作者設(shè)計(jì)的低功耗現(xiàn)場設(shè)定用手持裝置是一種具有RS-485通訊功能的手持式設(shè)定器，支持MODBUS協(xié)議，通過RS-485現(xiàn)場總線對(duì)某公司生產(chǎn)的現(xiàn)場遠(yuǎn)程采集控制模塊等儀表設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場參數(shù)檢測和設(shè)定，如設(shè)定遠(yuǎn)程終端裝置的系統(tǒng)子站號(hào)碼、通訊協(xié)議、波特率等，或者現(xiàn)場檢測模塊的各種設(shè)置參數(shù)，它作為配套設(shè)備提供給用戶。