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TPS60101用于低功耗系統(tǒng)的電源解決方案
摘要：介紹一種新穎的電荷泵直流穩(wěn)壓芯片TPS60101的性能特點和使用方式，結合實例分析其在低功耗單片機系統(tǒng)中的應用。隨著單片機應用技術的發(fā)展，各種應用場合對單片機系統(tǒng)有了更加嚴格的要求，便攜式解決方案在系統(tǒng)設計中開始占據越來越大的比重，并越來越多地傾向于低電壓、低功耗、微型化設計。在這些設計中，一般采用鎳氫、鎳鎘或鋰電池作為系統(tǒng)供電方式；在一些使用交流供電的系統(tǒng)中，均設計了后備電池供電方式。TPS60101具有高效率、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，可以為這些設計提供完美的電源解決方案。
1 TPS60101芯片簡介
TPS60101是Texas Instruments公司新推出的一種低噪聲電荷泵直流穩(wěn)壓芯片，能在輸入電壓動態(tài)范圍較大時，為單片機系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流供電。
1.1 封裝形式及引腳說明
TPS60101芯片的封裝為一種特殊的TSSOP貼片封裝，如圖1所示。
芯片各引腳功能描述如表1所列。
表1 TPS60101引腳功能
1.2 TPS60101的性能特點
精密的制造工藝和優(yōu)良的設計使得TPS60101具有出色的電氣性能：
◇ 最大輸出電流100 mA，可滿足絕大多數低功耗單片機系統(tǒng)的要求；
◇ 少于5 mV的輸出電壓波動，提供3.3（1±0.04）V的穩(wěn)壓輸出；
◇ 僅需少量外圍元件，無需諧振線圈等器件，應用電路體積很小；
◇ 電荷泵效率可達90％；
◇ 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；
◇ 50 μA的工作附加電流，0.05 μA的關斷漏電流，消耗電能很少；
◇ 關斷模式下，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。
2 TPS60101的使用方式
和一般的電源穩(wěn)壓芯片相比，TPS60101的使用有一些特殊性和值得注意的地方，筆者將結合實際使用的體會加以闡述。
2.1 電荷泵工作方式選擇
TPS60101片內集成了2個升降壓電荷泵，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，片內的2個電荷泵的工作狀態(tài)在時域上有180°的相位差，各占據50％的負載周期進行推挽輸出。這種方式可以在最大限度上避免輸出電壓的波動，得到最好的穩(wěn)壓效果，但需要外接4個電解電容。在單端模式中，2個電荷泵是無相位差的并行輸出。這種方式僅需1個外接電容。圖2給出了單端模式的應用電路。
一般來說，在對實際應用電路的體積沒有嚴格要求的情況下，應當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，但是對電路體積要求嚴格的情況下，也可以考慮使用單端模式。
2.2 同步時鐘源選擇
通過改變第2腳的SYNC的外接電平可以選擇TPS60101的同步時鐘源。SYNC接低電平使用片內晶振產生的同步時鐘信號，SYNC接高電平使用外部同步時鐘信號，外部時鐘信號引至3V8腳。
一般場合下只需使用片內時鐘即可。但是，如果TPS60101的供電系統(tǒng)工作于某一個固定頻率時，采用外部時鐘同步方式更加合理。需要注意的是，在使用外部時鐘同步方式時，SKIP腳應接地以降低輸出噪聲。圖3給出了外同步時鐘方式的應用電路。
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