芯格諾XP2116：轉模擬調光自帶協(xié)議數(shù)字通訊端口方案

芯格諾(X-Signal Integrated)推出了倍受期待的LED驅動數(shù)字電源芯片XP2116，采用全程直流(DC)調光技術，將調光深度推進至千分之一，調光分辨率更是高達16bit(十萬分之二)，具有串口（UART）數(shù)字通訊端口最多可以支持 7 個不同的地址，以實現(xiàn)高達七通道控制。

一、XP2115簡介

XP2116 產(chǎn)品是一款用于固態(tài)照明（Solid State Lighting）的 DC/DC 降壓（Buck）數(shù)字調光驅動專用芯片。此產(chǎn)品支持輸入電壓范圍 20V-80V，功率范圍 5W-150W。XP2116 可以實現(xiàn)低至 0.1%無微閃，無臺階感的平滑調光。同時，XP2116 可以支持完全調滅,并確保無回閃或鬼火。

在中高調光區(qū)間，XP2116 工作在連續(xù)導通模式（CCM）下，通過調節(jié)電感峰值以及平均電流實現(xiàn)純直流（DC）調光功能。在低調光區(qū)間，XP2116 工作在低紋波的組激發(fā)（Group Burst）模式下，通過調節(jié)激發(fā)占空比實現(xiàn)調光。得益于 XPC 數(shù)字內核的精準控制，無論在哪種模式下，XP2116 都將 LED 電流紋波控制在很低的水平。結合一定的輸出電容，XP2116 可真正實現(xiàn)高品質全程 DC 調光。

同時，XPC 數(shù)字內核使得 XP2116 具備卓越的線性和負載調整率。無論輸出電壓低達 5V 還是高達 90%的輸入電壓，LED 電流的偏差可以控制在+-3%以內。并且即使在最低調光點，XP2116 的負載/線性調整率依然可以接近100%調光的水平。

XP2116 具有串口（UART）數(shù)字通訊端口。RX 接受 3.3V 或 5V 的邏輯輸入；而根據(jù)不同 CFG 配置，TX 可以發(fā)送 3.3V 邏輯或者選擇開漏輸出。XP2116 最多可以支持 7 個不同的地址，以實現(xiàn)高達七通道控制。UART 口可以用作兩種模式的調光，配置，以及信息讀取。

二、方案設計

2.功能測試

2.1 負載調整率測試

2.2 PWM調光測試

Vo=58V的調光效果實測

Vo=30V的調光效果實測

Vo=3V的調光效果實測

2.3 特色技術：UART數(shù)字通信接口

2.3.1 工作時序

2.3.2 UART 信號檢測和格式

XP2116 可以支持 9600 – 115200bps 之間任意的波特率通訊。XP2116 能夠自動識別上位機 MCU 發(fā)來的波特率，并匹配其波特率進行回傳。為了防止開關噪音干擾，RX 口有 280nS 的毛刺屏蔽功能。另外，XP2116 在 115200bps 下，可以支持最多+-5%的占空比畸變。高低電平差異最多可以支持到8.25uS vs. 9.11uS。下圖為單字節(jié)寫操作 UART 通訊的信號格式（LSB 在前，MSB 在后）：

注意每幀之間，必須隔開至少 3 bit 的時間用于斷幀，不然 XP2116 將無法正確識別。另外，XP2116 的工作模式為半雙工，在 XP2116 的 TX 回復期間，上位機不允許對 RX 進行通訊。必須等 TX 回復完后停滯 3bit 斷幀后，才允許下一個命令。舉例，如果想要對 UART ID = 1 的 XP2116 的 0x20 地址寫 0xFF，則四個字節(jié)的內容分別是：0x55，0x09，0x20，0xFF。下圖為單字節(jié)讀操作的的 UART 通訊信號格式（LSB 在前，MSB 在后）：

2.3.3 調光工作模式

XP2116 有兩種調光控制模式：普通模式和專家模式，對應的寄存器操作見寄存器表。普通模式支持兩路 Dim1 和 Dim2 調光，每一路分辨率為 11bit，即 1/2048，2047 代表 100%。XP2116 會將 dim1 和 dim2 的調光命令在內部相乘，產(chǎn)生最終的調光百分比輸出。而專家模式僅支持一路調光，分辨率 16bit，即 1/65536，65535 代表 100%。

普通調光模式內建 RC 過渡，即 MCU 只需要給定目標%，XP2116 會從當前調光%，經(jīng)過 RC 過渡到目標%，過渡的中間值無需MCU 給出。并且 MCU 可以配置過渡時間長度。專家模式下，XP2116 內部不會做任何過渡，需要 MCU 給出每一個中間過渡值實現(xiàn)過渡曲線。示意圖如下：

總結

XP2116方案支持輸入電壓范圍 20V-80V，功率范圍 5W-150W。全面優(yōu)化動態(tài)響應、待機功耗、效率和噪音等核心指標，同時實現(xiàn)千分之一的深度調光，以及16bit的高調光精度。在柔光調光的處理上也更為細膩，可以避免抖動、閃爍、延遲等現(xiàn)象，讓人眼觀感更舒適。通過UART數(shù)字通信接口設置可以滿足適合所有協(xié)議調光產(chǎn)品。