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FIC大眾電腦公司(蘇州 215021) 牛俊峰
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,正常工作溫度設計,使用Tektronix公司TDS694C型示波器精確測量串口工作時序,并給出了TPS2216的典型設計電路.
關鍵詞：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)。穩定的電流輸出：xVCC最大電流可達1A, xVPP最大電流250mA. TPS2216完全符合PC卡工業協會的電源接口規范，并有低開關阻抗，短路保護和過溫度保護等特點,休眠狀態最大靜態電流消耗只有150uA。適用于便攜式電腦,PDA,數碼相機,條碼掃描儀等多種終端設備。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描述:
- 5V:5V電源輸入信號,提供至數字開關xVCC與xVPP電壓輸出
- 12V:12V電源輸入信號,提供至數字開關xVPP電壓輸出
- 3.3V:3.3V電源輸入信號,提供至數字開關xVCC與xVPP電壓輸出
- DATA:串行接口數據信號,串行數據信號在時鐘上升沿被觸發鎖存
- CLOCK:串行接口時鐘信號,配合串行數據信號保證數據傳輸
- LATCH:串行時鐘鎖存信號
- RESET:TPS2216 IC上電復位輸入信號,復位內部寄存器
- RESET#:IC 上電復位輸入非信號
- OC#:過溫度保護,過電流保護偵測信號,當OC#=0時,TPS2216關閉所有輸出電壓,直至OC#引腳恢復正常工作為止
- STBY#:休眠狀態選擇,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的內部結構
TPS2216的內部結構如圖2所示,下面對其主要組成模塊作一介紹：
| 圖2 TPS2216內部結構圖 |
2.1 數字開關模塊
TPS2216內建數字開關模塊,通過可編程邏輯開關組,選擇xVCC和xVPP工作電壓輸出,每組可編程邏輯開關都有電流感應FETs(Current Sense FETs)會監測xVCC和xVPP的輸出電壓,而電流感應FETs不像感應電阻(Sense Resistors)和保險絲電路（Fuse Circuit）那樣增大電源開關的有效阻抗,產生電源損耗和電壓降,充分滿足開關組工作的電壓精度要求. TPS2216有兩種可編程開關狀態由Mode(工作模式)引腳控制 ：TPS2206開關模式, TPS2216開關模式.
TPS2206開關模式(Mode=Low or NC),此時xVCC控制xVPP電壓輸出,電壓邏輯輸出表如下所示:
TPS2206邏輯開關模式
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開關模式(Mode=High),此時xVCC, xVPP電壓相互獨立輸出,電壓邏輯輸出表如下所示:
TPS2216邏輯開關模式
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 |
數字開關模塊通過數字開關選通3.3V, 5V,12V電壓輸出,每組數字開關都有過電流檢測控制,TPS2216 xVCC的過電流限制可達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）作數據交換，控制可編程邏輯開關,調節組電源電壓輸出.
如下圖3所示串行接口工作時序，采用Tektronix公司的TDS694C型示波器測量3個信道信號：串口數據信號，串口數據鎖存信號，串口時鐘信號的工作時序。如圖所示串行數據在LATCH信號上升沿被鎖存. TDS694C型數字實時示波器具有以下特點：
- 3GHz工作帶寬能夠保存波形的快速上升沿，精確顯示信號細節。
- 4信道10GS/s取樣率保證以最高分辨率和精度捕獲關鍵信號，進行定時測量。
- 記錄長度達120,000點/信道，充分滿足對信號后期處理分析的要求。
| 圖3 串行接口工作時序圖 |
2.2 過電流保護模塊
PC卡電源控制器必須有短路保護,過壓保護等措施以應對PC卡不正常插拔方式帶來的損害,TPS2216采用雙端過電流保護模式,專門設計用于電源開關開啟時有過電流發生或輸出短路的情況.當有過電流發生時,TPS2216會通過OC#腳向MCU或主控制器發出過電流警報信號,如果過電流狀態持續發生,超出IC臨界工作溫度,TPS2216將開啟熱保護電路(Thermal-Protection Circuit),關閉所有輸出電壓,直至IC的溫度降至正常工作范圍. IC臨界工作溫度根據以下公式計算
3 TPS2216典型應用電路設計
TPS2216典型應用電路如圖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鉭質和1顆0.1uF陶瓷電容,5V采用1顆33uF鉭質和1顆0.1uF陶瓷電容，3.3V采用1顆33uF鉭質和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IC的抗靜電（ESD）能力.
同時在布線的時候應注意盡量保持TPS2216與接口插槽的距離限制,避免因TPS2216內部數字開關工作頻率過高，致使PCB走線上電壓降過大,產生瞬間大電流,燒毀PC卡等設備.
| 圖4 TPS2216典型設計應用電路圖 |
結束語
TPS2216極其適合各種配備PCMCIA/Cardbus的數字終端設備使用,高兼容性的接口規范,低電壓消耗, 高轉換精度等特點,給整體設計工作帶來極大方便,有效降低成本,縮短開發周期。
參考文獻:
[1] PC Card Power-Interface Switch TPS2216 ,Datasheet, Texas Instruments,1999
[2] PCI-to-Cardbus Bridges PCI122x Implementation Guide, Texas Instruments,1999
[3] Dual Slot PCMCIA/CardBus Power Controller MIC2563A,Datasheet,Micrel Co.,1999
[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
工商網監
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