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摘要: 文章介紹了TI公司的雙槽PCMCIA/Cardbus電源控制器TPS2216的基本原理,功能特點(diǎn),正常工作溫度設(shè)計(jì),使用Tektronix公司TDS694C型示波器精確測量串口工作時(shí)序,并給出了TPS2216的典型設(shè)計(jì)電路.
關(guān)鍵詞：PCMCIA; Cardbus 控制器;串行接口;示波器
The Application of Dual Slot PCMCIA/CardBus Power Controller TPS2216 Abstract: This paper introduces the principle of Dual slot PCMCIA/Cardbus Power Controller TPS2216,including the features of function, the design rules of working temperature, and the timing of serial interface has been measured by TDS694C oscillograph of Tektronix Co., then its applications are discussed.
Key Words: PCMCIA; Cardbus Controller; Serial Interface; Oscillograph; TI
1 前言
TPS2216是TI公司生產(chǎn)的雙槽PCMCIA/ Cardbus電源控制器,具有兩組可編程電源輸出xVCC (0V,3,3V,5V)和xVPP(OFF,0V,3.3V,5V, 12V)。穩(wěn)定的電流輸出：xVCC最大電流可達(dá)1A, xVPP最大電流250mA. TPS2216完全符合PC卡工業(yè)協(xié)會(huì)的電源接口規(guī)范，并有低開關(guān)阻抗，短路保護(hù)和過溫度保護(hù)等特點(diǎn),休眠狀態(tài)最大靜態(tài)電流消耗只有150uA。適用于便攜式電腦,PDA,數(shù)碼相機(jī),條碼掃描儀等多種終端設(shè)備。TPS2216采用兩種封裝形式：DB 30引腳封裝和DAP 32引腳封裝。如圖1所示DB 30的引腳排列。
| 圖1 TPS2216(DB 30)引腳圖 |
2 主要信號引腳定義
如圖1所示TPS2216引腳分兩大類,即電源信號引腳和控制信號引腳,下面對各引腳做詳細(xì)描述:
- 5V:5V電源輸入信號,提供至數(shù)字開關(guān)xVCC與xVPP電壓輸出
- 12V:12V電源輸入信號,提供至數(shù)字開關(guān)xVPP電壓輸出
- 3.3V:3.3V電源輸入信號,提供至數(shù)字開關(guān)xVCC與xVPP電壓輸出
- DATA:串行接口數(shù)據(jù)信號,串行數(shù)據(jù)信號在時(shí)鐘上升沿被觸發(fā)鎖存
- CLOCK:串行接口時(shí)鐘信號,配合串行數(shù)據(jù)信號保證數(shù)據(jù)傳輸
- LATCH:串行時(shí)鐘鎖存信號
- RESET:TPS2216 IC上電復(fù)位輸入信號,復(fù)位內(nèi)部寄存器
- RESET#:IC 上電復(fù)位輸入非信號
- OC#:過溫度保護(hù),過電流保護(hù)偵測信號,當(dāng)OC#=0時(shí),TPS2216關(guān)閉所有輸出電壓,直至OC#引腳恢復(fù)正常工作為止
- STBY#:休眠狀態(tài)選擇,休眠模式的所有輸出電流被限定至50mA以下
- AVPP:PC卡Slot1 Vpp可編程電壓3.3V, 5V, 12V,GND輸出
- AVCC: PC卡Slot1 Vcc可編程電壓3.3V,5V, GND輸出
- BVPP:PC卡Slot1 Vpp可編程電壓3.3V,5V, 12V,GND輸出
- BVCC: PC卡Slot1 Vcc可編程電壓3.3V,5V, GND輸出
3 TPS2216的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
TPS2216的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,下面對其主要組成模塊作一介紹：
| 圖2 TPS2216內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 |
2.1 數(shù)字開關(guān)模塊
TPS2216內(nèi)建數(shù)字開關(guān)模塊,通過可編程邏輯開關(guān)組,選擇xVCC和xVPP工作電壓輸出,每組可編程邏輯開關(guān)都有電流感應(yīng)FETs(Current Sense FETs)會(huì)監(jiān)測xVCC和xVPP的輸出電壓,而電流感應(yīng)FETs不像感應(yīng)電阻(Sense Resistors)和保險(xiǎn)絲電路（Fuse Circuit）那樣增大電源開關(guān)的有效阻抗,產(chǎn)生電源損耗和電壓降,充分滿足開關(guān)組工作的電壓精度要求. TPS2216有兩種可編程開關(guān)狀態(tài)由Mode(工作模式)引腳控制 ：TPS2206開關(guān)模式, TPS2216開關(guān)模式.
TPS2206開關(guān)模式(Mode=Low or NC),此時(shí)xVCC控制xVPP電壓輸出,電壓邏輯輸出表如下所示:
TPS2206邏輯開關(guān)模式
xVPP
|
AVPP 控制信號 |
輸出
V_AVPP |
BVPP控制信號 |
輸出
V_BVPP | ||||
|
D8(SHDN#) |
D0 |
D1 |
D8(SHDN#) |
D4 |
D5 | ||
|
1 |
0 |
0 |
0V |
1 |
0 |
0 |
0V |
|
1 |
0 |
1 |
V_AVCC |
1 |
0 |
1 |
V_BVCC |
|
1 |
1 |
0 |
12V |
1 |
1 |
0 |
12V |
|
1 |
1 |
1 |
Hi-Z |
1 |
1 |
1 |
Hi-Z |
|
0 |
x |
x |
Hi-Z |
0 |
x |
x |
Hi-Z |
xVCC
|
AVCC控制信號 |
輸出
V_AVCC |
BVCC控制信號 |
輸出
V_BVCC | ||||
|
D8(SHDN#) |
D3 |
D2 |
D8(SHDN#) |
D6 |
D7 | ||
|
1 |
0 |
0 |
0V |
1 |
0 |
0 |
0V |
|
1 |
0 |
1 |
3.3V |
1 |
0 |
1 |
3.3V |
|
1 |
1 |
0 |
5V |
1 |
1 |
0 |
5V |
|
1 |
1 |
1 |
0V |
1 |
1 |
1 |
0V |
|
0 |
x |
x |
Hi-Z |
0 |
x |
x |
Hi-Z |
TPS2216開關(guān)模式(Mode=High),此時(shí)xVCC, xVPP電壓相互獨(dú)立輸出,電壓邏輯輸出表如下所示:
TPS2216邏輯開關(guān)模式
xVPP
|
AVPP控制信號 |
輸出V_AVPP |
BVPP控制信號 |
輸出V_BVPP | ||||||
|
D0 |
D1 |
D9 |
D4 |
D5 |
D10 | ||||
|
1 |
0 |
0 |
x |
0V |
1 |
0 |
0 |
x |
0V |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
3.3V |
1 |
0 |
1 |
0 |
3.3V |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
5V |
1 |
0 |
1 |
1 |
5V |
|
1 |
1 |
0 |
x |
12V |
1 |
1 |
0 |
x |
12V |
|
1 |
1 |
1 |
x |
Hi-Z |
1 |
1 |
1 |
x |
Hi-Z |
|
0 |
x |
x |
x |
Hi-Z |
0 |
x |
x |
x |
Hi-Z |
xVCC
|
AVCC控制信號 |
輸出
V_AVCC |
BVCC控制信號 |
輸出
V_BVCC | ||||
|
D3 |
D2 |
D6 |
D7 | ||||
|
1 |
0 |
0 |
0V |
1 |
0 |
0 |
0V |
|
1 |
0 |
1 |
3.3V |
1 |
0 |
1 |
3.3V |
|
1 |
1 |
0 |
5V |
1 |
1 |
0 |
5V |
|
1 |
1 |
1 |
0V |
1 |
1 |
1 |
0V |
|
0 |
x |
x |
Hi-Z |
0 |
X |
x |
Hi-Z |
數(shù)字開關(guān)模塊通過數(shù)字開關(guān)選通3.3V, 5V,12V電壓輸出,每組數(shù)字開關(guān)都有過電流檢測控制,TPS2216 xVCC的過電流限制可達(dá)1A～2.2A, xVPP的過電流限制在250mA-500mA之間. 通過串口界面DATA, CLOCK,LATCH信號與PC卡控制器（PCMCIA/Cardbus Controller）作數(shù)據(jù)交換，控制可編程邏輯開關(guān),調(diào)節(jié)組電源電壓輸出.
如下圖3所示串行接口工作時(shí)序，采用Tektronix公司的TDS694C型示波器測量3個(gè)信道信號：串口數(shù)據(jù)信號，串口數(shù)據(jù)鎖存信號，串口時(shí)鐘信號的工作時(shí)序。如圖所示串行數(shù)據(jù)在LATCH信號上升沿被鎖存. TDS694C型數(shù)字實(shí)時(shí)示波器具有以下特點(diǎn)：
- 3GHz工作帶寬能夠保存波形的快速上升沿，精確顯示信號細(xì)節(jié)。
- 4信道10GS/s取樣率保證以最高分辨率和精度捕獲關(guān)鍵信號，進(jìn)行定時(shí)測量。
- 記錄長度達(dá)120,000點(diǎn)/信道，充分滿足對信號后期處理分析的要求。
| 圖3 串行接口工作時(shí)序圖 |
2.2 過電流保護(hù)模塊
PC卡電源控制器必須有短路保護(hù),過壓保護(hù)等措施以應(yīng)對PC卡不正常插拔方式帶來的損害,TPS2216采用雙端過電流保護(hù)模式,專門設(shè)計(jì)用于電源開關(guān)開啟時(shí)有過電流發(fā)生或輸出短路的情況.當(dāng)有過電流發(fā)生時(shí),TPS2216會(huì)通過OC#腳向MCU或主控制器發(fā)出過電流警報(bào)信號,如果過電流狀態(tài)持續(xù)發(fā)生,超出IC臨界工作溫度,TPS2216將開啟熱保護(hù)電路(Thermal-Protection Circuit),關(guān)閉所有輸出電壓,直至IC的溫度降至正常工作范圍. IC臨界工作溫度根據(jù)以下公式計(jì)算
3 TPS2216典型應(yīng)用電路設(shè)計(jì)
TPS2216典型應(yīng)用電路如圖4所示，正常情況下有3組電源輸入：12V, 5V,3.3V, 為克服噪聲干擾，TPS2216對三種輸入電源：12V采用1顆10uF鉭質(zhì)和1顆0.1uF陶瓷電容,5V采用1顆33uF鉭質(zhì)和1顆0.1uF陶瓷電容，3.3V采用1顆33uF鉭質(zhì)和1顆0.1uF陶瓷電容濾波，降低電源輸入噪聲。 TPS2216支持2組電源輸出,建議在TPS2216組電源輸出端（xVPP,xVCC）加1顆0.1uF的陶瓷電容以增強(qiáng)IC的抗靜電（ESD）能力.
同時(shí)在布線的時(shí)候應(yīng)注意盡量保持TPS2216與接口插槽的距離限制,避免因TPS2216內(nèi)部數(shù)字開關(guān)工作頻率過高，致使PCB走線上電壓降過大,產(chǎn)生瞬間大電流,燒毀PC卡等設(shè)備.
| 圖4 TPS2216典型設(shè)計(jì)應(yīng)用電路圖 |
結(jié)束語
TPS2216極其適合各種配備PCMCIA/Cardbus的數(shù)字終端設(shè)備使用,高兼容性的接口規(guī)范,低電壓消耗, 高轉(zhuǎn)換精度等特點(diǎn),給整體設(shè)計(jì)工作帶來極大方便,有效降低成本,縮短開發(fā)周期。
參考文獻(xiàn):
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[2] PCI-to-Cardbus Bridges PCI122x Implementation Guide, Texas Instruments,1999
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[4] Single-Slot PC Card Power Interface Switch For Parallel PCMCIA Controllers TPS2211, Texas Instruments,1999
[5] TDS500/600/700 Series Digital Oscillograph Training Tutorial Tektronix CO., Ltd 2002
工商網(wǎng)監(jiān)
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