MAX6946/MAX6947：10端口恒流LED驅(qū)動器與I/O擴(kuò)展器的技術(shù)解析

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，LED驅(qū)動器和I/O擴(kuò)展器是常見且關(guān)鍵的組件。今天，我們來深入探討MAXIM公司的MAX6946/MAX6947，這是一款10端口恒流LED驅(qū)動器與I/O擴(kuò)展器，具備PWM強(qiáng)度控制功能，適用于多種應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

MAX6946/MAX6947是I2C/SMBus兼容的串行接口外設(shè)，能為微處理器提供10個(gè)額定電壓為7V的I/O端口。其工作電壓范圍為2.25V至3.6V，上電時(shí)I/O端口默認(rèn)呈高阻抗?fàn)顟B(tài)（LED關(guān)閉）。每個(gè)端口可配置為多種模式，如2.5mA至20mA的恒流LED驅(qū)動器（靜態(tài)或PWM）、1.25mA至10mA的恒流LED驅(qū)動器（靜態(tài)或PWM）、開漏邏輯輸出或過壓保護(hù)的施密特邏輯輸入。

二、產(chǎn)品特性

（一）電源與端口特性

• 寬電壓工作范圍：2.25V至3.6V的工作電壓，使其能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 高阻抗默認(rèn)狀態(tài)：上電時(shí)I/O端口為高阻抗，減少了不必要的電流消耗。
• 過壓保護(hù)：I/O端口輸入過壓保護(hù)至7V，輸出為7V額定開漏、10mA或20mA恒流靜態(tài)/PWM LED驅(qū)動器或開漏邏輯輸出，增強(qiáng)了產(chǎn)品的可靠性。
• 熱插拔支持：I/O端口支持熱插拔，方便在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行設(shè)備的插拔操作。

（二）LED強(qiáng)度控制

• 多樣化控制方式：模擬和開關(guān)LED強(qiáng)度控制包括每個(gè)輸出的單獨(dú)8位PWM控制、每個(gè)輸出的單獨(dú)1位模擬電流控制（半/全量程）以及適用于所有LED輸出的全局3位DAC電流控制。
• PWM時(shí)序交錯：MAX6946/MAX6947可以將10端口輸出的PWM時(shí)序以連續(xù)45°相位增量交錯，有助于均勻電源電流并降低RMS電流。

（三）其他特性

• 復(fù)位與啟動：RST輸入可清除串行接口并退出關(guān)機(jī)狀態(tài)（熱啟動）。
• 低功耗模式：MAX6947具有AD0輸入，可從兩個(gè)從地址中選擇，支持自動從關(guān)機(jī)狀態(tài)斜坡上升，關(guān)機(jī)前最多有4s的延遲，關(guān)機(jī)電流低至0.8μA（典型值）。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，適用于多種惡劣環(huán)境。
• 小型封裝：采用微小的WLP封裝（4 x 4網(wǎng)格），節(jié)省了電路板空間。

三、電氣特性

（一）電源與電流特性

• 工作電源電壓：2.25V至3.6V。
• 輸出負(fù)載外部電源電壓：P0 - P9端口的VEXT為7V。
• 電源復(fù)位電壓：VPOR為1.91V（VDD上升時(shí)）。
• 待機(jī)電流：在不同條件下，待機(jī)電流有所不同，如接口空閑（PWM禁用，所有端口高阻抗）時(shí)，TA = +25°C時(shí)為17 - 23μA。
• 供電電流：接口活動（復(fù)位運(yùn)行啟用，PWM禁用，所有端口高阻抗）時(shí)，TA = TMIN至TMAX為65μA。

（二）輸入輸出特性

• 輸入電壓：輸入高電壓（P0 - P9、SDA、SCL、RST、AD0、OSC）為0.7 x VDD，輸入低電壓為0.3 x VDD。
• 輸入泄漏電流： -0.2μA至 +0.2μA。
• 輸入電容：約為10pF。
• 端口恒流特性：10mA端口標(biāo)稱灌電流（P0 - P9）在TA = +25°C時(shí)為9.3 - 10.5mA，20mA端口標(biāo)稱灌電流在TA = +25°C時(shí)為19.00 - 21.12mA。

（三）時(shí)序特性

• 內(nèi)部PWM時(shí)鐘頻率：16引腳TQFN為23 - 42kHz，16凸點(diǎn)WLP為20 - 45kHz。
• 外部PWM時(shí)鐘頻率：最大為100kHz。
• 串行時(shí)鐘頻率：最大為400kHz。

四、功能詳解

（一）寄存器結(jié)構(gòu)

MAX6946/MAX6947包含22個(gè)內(nèi)部寄存器，用于控制端口輸出、設(shè)備配置和操作。例如，寄存器0x00至0x09用于單獨(dú)控制端口P0至P9，寄存器0x10至0x15用于配置和控制設(shè)備操作。

（二）PWM強(qiáng)度控制與相位

• 時(shí)鐘源選擇：MAX6946可通過配置寄存器位D7選擇PWM時(shí)鐘源，可使用內(nèi)部32kHz振蕩器或外部時(shí)鐘；MAX6947默認(rèn)使用內(nèi)部32kHz振蕩器。
• PWM周期與占空比：PWM周期由標(biāo)稱32kHz PWM時(shí)鐘的256個(gè)周期組成，端口的PWM占空比可在3/256至254/256之間單獨(dú)設(shè)置。
• 時(shí)序配置：通過設(shè)置配置寄存器中的交錯位，可實(shí)現(xiàn)輸出交錯或同步，交錯輸出有助于降低電源的di/dt輸出開關(guān)瞬變和峰值/平均電流要求。

（三）RST輸入

RST輸入為低電平時(shí)，可使任何涉及MAX6946/MAX6947的當(dāng)前I2C事務(wù)無效，強(qiáng)制設(shè)備進(jìn)入I2C停止?fàn)顟B(tài)。可通過配置寄存器的D6位將RST配置為將所有內(nèi)部寄存器復(fù)位到上電復(fù)位狀態(tài)。

（四）待機(jī)與關(guān)機(jī)模式

• 待機(jī)模式：將所有端口配置為邏輯輸入或輸出（所有輸出寄存器設(shè)置為0x00或0x01）或LED關(guān)閉（輸出寄存器設(shè)置為0xFF）可使MAX6946/MAX6947進(jìn)入待機(jī)模式，降低電源電流消耗。
• 關(guān)機(jī)模式：通過清除配置寄存器（0x10）中的運(yùn)行位（位D0）可使設(shè)備進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)所有配置為恒流輸出的端口關(guān)閉，變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)；而配置為邏輯輸入或輸出的端口不受影響。

（五）斜坡上升與下降控制

MAX6946/MAX6947提供斜坡上升和下降控制，可使輸出電流在關(guān)機(jī)時(shí)斜坡下降，在退出關(guān)機(jī)時(shí)斜坡上升。通過設(shè)置斜坡下降和上升寄存器，可控制延遲時(shí)間和斜坡時(shí)間。

（六）復(fù)位運(yùn)行選項(xiàng)

MAX6946/MAX6947具有復(fù)位運(yùn)行選項(xiàng)，將RST輸入置高可使驅(qū)動器退出關(guān)機(jī)狀態(tài)，同時(shí)啟用設(shè)備的I2C接口。觸發(fā)復(fù)位運(yùn)行需要在RST上升沿后，在PWM時(shí)鐘的128至129個(gè)周期內(nèi)沒有I2C接口活動。

五、串行接口

（一）接口概述

MAX6946/MAX6947通過I2C兼容的2線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，使用串行數(shù)據(jù)線（SDA）和串行時(shí)鐘線（SCL）實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備之間的雙向通信。

（二）地址與傳輸

• 從地址：MAX6946的固定I2C從地址為010 0000，MAX6947可通過AD0輸入從兩個(gè)從地址中選擇。
• 傳輸格式：每個(gè)傳輸由主設(shè)備發(fā)送的START條件開始，接著是MAX6946/MAX6947的7位從地址加R/W位、寄存器地址字節(jié)、一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，最后以STOP條件結(jié)束。

（三）操作細(xì)節(jié)

• 起始和停止條件：SCL和SDA在接口不忙時(shí)保持高電平，主設(shè)備通過在SCL為高電平時(shí)將SDA從高電平轉(zhuǎn)換為低電平來發(fā)出START條件，在SCL為高電平時(shí)將SDA從低電平轉(zhuǎn)換為高電平來發(fā)出STOP條件。
• 位傳輸：每個(gè)時(shí)鐘脈沖傳輸一位數(shù)據(jù)，SCL為高電平時(shí)SDA上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定。
• 確認(rèn)：命令字節(jié)之后接收的任何字節(jié)都是數(shù)據(jù)字節(jié)，第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)進(jìn)入由命令字節(jié)選擇的MAX6946/MAX6947內(nèi)部寄存器。

六、應(yīng)用信息

（一）電壓轉(zhuǎn)換

MAX6946/MAX6947的I2C接口（SDA、SCL）、I2C從地址選擇輸入AD0（僅MAX6947）、PWM時(shí)鐘輸入OSC（僅MAX6946）和復(fù)位輸入RST過壓保護(hù)至 +6V，10個(gè)I/O端口P0 - P9過壓保護(hù)至 +8V，可實(shí)現(xiàn)從不同邏輯電壓進(jìn)行端口輸入和I2C接口電平轉(zhuǎn)換。

（二）熱插拔應(yīng)用

RST、SCL、AD0輸入和SDA在MAX6946/MAX6947斷電（VDD = 0V）時(shí)，在最高 +6V電壓下保持高阻抗；I/O端口P0至P9在相同條件下，在最高 +8V電壓下保持高阻抗，適用于熱插拔應(yīng)用。

（三）LED驅(qū)動應(yīng)用

• LED調(diào)光：通過PWM強(qiáng)度控制和相位調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光功能。
• 高電流負(fù)載驅(qū)動：可通過并聯(lián)輸出驅(qū)動需要超過20mA的負(fù)載，如高電流白色LED。

（四）其他應(yīng)用

還可用于生成關(guān)機(jī)/運(yùn)行輸出、優(yōu)化PWM端口選擇以均勻分布電流需求等。

七、總結(jié)

MAX6946/MAX6947是一款功能強(qiáng)大、性能可靠的10端口恒流LED驅(qū)動器與I/O擴(kuò)展器，具有多種特性和靈活的配置選項(xiàng)，適用于手機(jī)、便攜式設(shè)備、RGB LED驅(qū)動器、LCD背光燈、鍵盤背光燈和LED狀態(tài)指示器等多種應(yīng)用場景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師可以根據(jù)具體需求合理配置設(shè)備的寄存器和參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和功能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。