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TPS60101用于低功耗系統的電源解決方案
摘要：介紹一種新穎的電荷泵直流穩壓芯片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中的應用。隨著單片機應用技術的發展，各種應用場合對單片機系統有了更加嚴格的要求，便攜式解決方案在系統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供電方式；在一些使用交流供電的系統中，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、穩壓效果好、低漏電流、體積小等突出優點，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壓芯片，能在輸入電壓動態范圍較大時，為單片機系統提供穩定的直流供電。
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的要求；
◇ 少于5 mV的輸出電壓波動，提供3.3（1±0.04）V的穩壓輸出；
◇ 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在外接不同類型電源以及電池電量狀態變化過程中得到穩定的電源供應；
◇ 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：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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