MAX6946/MAX6947：10端口恒流LED驅動器與I/O擴展器的技術解析

在電子設計領域，LED驅動器和I/O擴展器是常見且關鍵的組件。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驅動器與I/O擴展器，具備PWM強度控制功能，適用于多種應用場景。

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一、產品概述

MAX6946/MAX6947是I2C/SMBus兼容的串行接口外設，能為微處理器提供10個額定電壓為7V的I/O端口。其工作電壓范圍為2.25V至3.6V，上電時I/O端口默認呈高阻抗狀態（LED關閉）。每個端口可配置為多種模式，如2.5mA至20mA的恒流LED驅動器（靜態或PWM）、1.25mA至10mA的恒流LED驅動器（靜態或PWM）、開漏邏輯輸出或過壓保護的施密特邏輯輸入。

二、產品特性

（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，使其能適應多種電源環境。
• 高阻抗默認狀態：上電時I/O端口為高阻抗，減少了不必要的電流消耗。
• 過壓保護：I/O端口輸入過壓保護至7V，輸出為7V額定開漏、10mA或20mA恒流靜態/PWM LED驅動器或開漏邏輯輸出，增強了產品的可靠性。
• 熱插拔支持：I/O端口支持熱插拔，方便在系統運行時進行設備的插拔操作。

（二）LED強度控制

• 多樣化控制方式：模擬和開關LED強度控制包括每個輸出的單獨8位PWM控制、每個輸出的單獨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時序交錯：MAX6946/MAX6947可以將10端口輸出的PWM時序以連續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

• 復位與啟動：RST輸入可清除串行接口并退出關機狀態（熱啟動）。
• 低功耗模式：MAX6947具有AD0輸入，可從兩個從地址中選擇，支持自動從關機狀態斜坡上升，關機前最多有4s的延遲，關機電流低至0.8μA（典型值）。
• 寬溫度范圍：工作溫度范圍為 -40°C至 +125°C，適用于多種惡劣環境。
• 小型封裝：采用微小的WLP封裝（4 x 4網格），節省了電路板空間。

三、電氣特性

（一）電源與電流特性

• 工作電源電壓：2.25V至3.6V。
• 輸出負載外部電源電壓：P0 - P9端口的VEXT為7V。
• 電源復位電壓：VPOR為1.91V（VDD上升時）。
• 待機電流：在不同條件下，待機電流有所不同，如接口空閑（PWM禁用，所有端口高阻抗）時，TA = +25°C時為17 - 23μA。
• 供電電流：接口活動（復位運行啟用，PWM禁用，所有端口高阻抗）時，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端口標稱灌電流（P0 - P9）在TA = +25°C時為9.3 - 10.5mA，20mA端口標稱灌電流在TA = +25°C時為19.00 - 21.12mA。

（三）時序特性

• 內部PWM時鐘頻率：16引腳TQFN為23 - 42kHz，16凸點WLP為20 - 45kHz。
• 外部PWM時鐘頻率：最大為100kHz。
• 串行時鐘頻率：最大為400kHz。

四、功能詳解

（一）寄存器結構

MAX6946/MAX6947包含22個內部寄存器，用于控制端口輸出、設備配置和操作。例如，寄存器0x00至0x09用于單獨控制端口P0至P9，寄存器0x10至0x15用于配置和控制設備操作。

（二）PWM強度控制與相位

• 時鐘源選擇：MAX6946可通過配置寄存器位D7選擇PWM時鐘源，可使用內部32kHz振蕩器或外部時鐘；MAX6947默認使用內部32kHz振蕩器。
• PWM周期與占空比：PWM周期由標稱32kHz PWM時鐘的256個周期組成，端口的PWM占空比可在3/256至254/256之間單獨設置。
• 時序配置：通過設置配置寄存器中的交錯位，可實現輸出交錯或同步，交錯輸出有助于降低電源的di/dt輸出開關瞬變和峰值/平均電流要求。

（三）RST輸入

RST輸入為低電平時，可使任何涉及MAX6946/MAX6947的當前I2C事務無效，強制設備進入I2C停止狀態?？赏ㄟ^配置寄存器的D6位將RST配置為將所有內部寄存器復位到上電復位狀態。

（四）待機與關機模式

• 待機模式：將所有端口配置為邏輯輸入或輸出（所有輸出寄存器設置為0x00或0x01）或LED關閉（輸出寄存器設置為0xFF）可使MAX6946/MAX6947進入待機模式，降低電源電流消耗。
• 關機模式：通過清除配置寄存器（0x10）中的運行位（位D0）可使設備進入關機模式，此時所有配置為恒流輸出的端口關閉，變為高阻抗狀態；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，可使輸出電流在關機時斜坡下降，在退出關機時斜坡上升。通過設置斜坡下降和上升寄存器，可控制延遲時間和斜坡時間。

（六）復位運行選項

MAX6946/MAX6947具有復位運行選項，將RST輸入置高可使驅動器退出關機狀態，同時啟用設備的I2C接口。觸發復位運行需要在RST上升沿后，在PWM時鐘的128至129個周期內沒有I2C接口活動。

五、串行接口

（一）接口概述

MAX6946/MAX6947通過I2C兼容的2線接口進行數據的發送和接收，使用串行數據線（SDA）和串行時鐘線（SCL）實現主從設備之間的雙向通信。

（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輸入從兩個從地址中選擇。
• 傳輸格式：每個傳輸由主設備發送的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、一個或多個數據字節，最后以STOP條件結束。

（三）操作細節

• 起始和停止條件：SCL和SDA在接口不忙時保持高電平，主設備通過在SCL為高電平時將SDA從高電平轉換為低電平來發出START條件，在SCL為高電平時將SDA從低電平轉換為高電平來發出STOP條件。
• 位傳輸：每個時鐘脈沖傳輸一位數據，SCL為高電平時SDA上的數據必須保持穩定。
• 確認：命令字節之后接收的任何字節都是數據字節，第一個數據字節進入由命令字節選擇的MAX6946/MAX6947內部寄存器。

六、應用信息

（一）電壓轉換

MAX6946/MAX6947的I2C接口（SDA、SCL）、I2C從地址選擇輸入AD0（僅MAX6947）、PWM時鐘輸入OSC（僅MAX6946）和復位輸入RST過壓保護至 +6V，10個I/O端口P0 - P9過壓保護至 +8V，可實現從不同邏輯電壓進行端口輸入和I2C接口電平轉換。

（二）熱插拔應用

RST、SCL、AD0輸入和SDA在MAX6946/MAX6947斷電（VDD = 0V）時，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，適用于熱插拔應用。

（三）LED驅動應用

• LED調光：通過PWM強度控制和相位調整，可實現LED的調光功能。
• 高電流負載驅動：可通過并聯輸出驅動需要超過20mA的負載，如高電流白色LED。

（四）其他應用

還可用于生成關機/運行輸出、優化PWM端口選擇以均勻分布電流需求等。

七、總結

MAX6946/MAX6947是一款功能強大、性能可靠的10端口恒流LED驅動器與I/O擴展器，具有多種特性和靈活的配置選項，適用于手機、便攜式設備、RGB LED驅動器、LCD背光燈、鍵盤背光燈和LED狀態指示器等多種應用場景。在實際設計中，工程師可以根據具體需求合理配置設備的寄存器和參數，以實現最佳的性能和功能。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。