低功耗手持式設(shè)定器電源設(shè)計(jì)

摘    要: 本文介紹了電荷泵直流穩(wěn)壓芯片TPS60101在低功耗現(xiàn)場手持設(shè)定裝置中的應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵詞: TPS60101；低功耗；手持裝置
隨著低功耗單片機(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?、?#65533;獾緋鼗蚣钚愿傻緋厥保�詰緋氐緦孔刺�浠�©程中得到穩(wěn)定的電源供應(yīng)。
筆者在設(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)出了具有軟電源開關(guān)和自動(dòng)關(guān)機(jī)功能的系統(tǒng)電源。

TPS60101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)，圖1、圖2和圖3，是它的三種典型應(yīng)用方案。

一般來說，在對實(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2引腳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，SYNC接高電平使用外部同步時(shí)鐘信號，外部時(shí)鐘信號引至3V8引腳。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引腳應(yīng)接地以降低輸出噪聲。圖3給出了外同步時(shí)鐘方式的應(yīng)用電路。
通過改變芯片19引腳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)用實(shí)例
筆者設(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。

當(dāng)系統(tǒng)處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，按下電源開/關(guān)按鈕時(shí)，R-S觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，TPS60101的ENABLE獲得高電平，電源工作，系統(tǒng)復(fù)位，進(jìn)入工作狀態(tài)。當(dāng)再次按下電源開/關(guān)按鈕時(shí)，P89LPC932的P0.1通過兩只三極管電平轉(zhuǎn)換后檢測到低電平，進(jìn)而產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，系統(tǒng)判斷出此次操作為關(guān)機(jī)操作，則控制P0.0輸出高電平，通過一只三極管電平轉(zhuǎn)換后觸發(fā)觸發(fā)器產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)，TPS60101的ENABLE獲得低電平，電源停止工作，系統(tǒng)進(jìn)入掉電停機(jī)狀態(tài)。MCU在系統(tǒng)工作時(shí)對鍵盤輸入進(jìn)行定時(shí)監(jiān)控，如果在5分鐘內(nèi)沒有鍵盤輸入，則控制P0.0輸出高電平，自動(dòng)關(guān)機(jī)。
系統(tǒng)工作時(shí)，電源部分消耗的能量主要是供給TPS60101的偏置工作電流，典型約為50mA，系統(tǒng)掉電待機(jī)時(shí)，三只芯片的最大待機(jī)電流小于5mA，可見這是一個(gè)比較優(yōu)秀的電源電路。
圖5是實(shí)際的手持設(shè)定裝置的框圖，整體系統(tǒng)安裝在普通小型數(shù)字萬用表大小的殼體內(nèi)。系統(tǒng)MCU采用了PHILIPS公司最新的89LPC932單片機(jī)做控制核心，這只單片機(jī)是零外設(shè)的MCU，實(shí)際使用中也是采用零外設(shè)方案。為節(jié)省功耗，在滿足最高38400波特通訊的前提下，軟件設(shè)計(jì)中使用了MCU的分頻寄存器DIVM對內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生的7.3728MHz主頻進(jìn)行了8分頻。同時(shí)，CLKLP置位，使CPU處于低功耗狀態(tài)。顯示器采用了北京青云創(chuàng)新科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的3V供電帶背光中文點(diǎn)陣LCD模塊LCM12832ZK，耗電僅1.2mA。RS—485芯片采用了SIPEX公司的SP3485，這是一款3V供電，低功耗的RSＶな©年內(nèi)無需更換電池，非常方便使用者，該新型設(shè)定器投入使用后獲得了用戶的一致好評。

結(jié)語
實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用表明基于TSP60101設(shè)計(jì)的手持設(shè)定器電源具有功耗低、輸出穩(wěn)定及控制靈活的特點(diǎn)。TPS60101芯片具有低功耗、體積小、功能強(qiáng)及操作靈活等特點(diǎn)，可以廣泛應(yīng)用于各種手持設(shè)備、電池供電儀表等場合?！?

參考文獻(xiàn)：
1． www.ti.com
2． www.zlgmcu.com