MAX6921/MAX6931：20 輸出、76V 串行接口 VFD 管驅(qū)動器的全面解析

在硬件設計開發(fā)的領域中，VFD（真空熒光顯示）管驅(qū)動器占據(jù)著重要的地位。今天，我們就來詳細探討一下 Maxim 公司推出的 MAX6921/MAX6931 這兩款 20 輸出、76V 串行接口的 VFD 管驅(qū)動器。

文件下載：MAX6921.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX6921/MAX6931 能夠?qū)⒍嗦窂陀?VFD 管連接到 VFD 控制器（如 MAX6850 - MAX6853）或微控制器，同時也適用于驅(qū)動靜態(tài) VFD 管或電信繼電器。它采用行業(yè)標準的 4 線串行接口（CLOCK、DATA、LOAD、BLANK），與 Maxim 或行業(yè)標準的 VFD 驅(qū)動器和控制器兼容。

器件特點區(qū)分

MAX6921 具備串行接口數(shù)據(jù)輸出（DOUT），可使任意數(shù)量的器件在同一串行接口上進行級聯(lián)；而 MAX6931 擁有負電源電壓輸入（VSS），能讓驅(qū)動器的輸出擺幅變?yōu)殡p極性，從而在許多應用中簡化燈絲偏置。

封裝形式

MAX6921 有 28 引腳 TSSOP、SO 和 PLCC 封裝可供選擇，MAX6931 則采用 28 引腳 TSSOP 封裝。此外，Maxim 還提供 12 輸出 VFD 驅(qū)動器（MAX6920）和 32 輸出 VFD 驅(qū)動器（MAX6922/MAX6932），滿足不同的設計需求。

二、產(chǎn)品特性亮點

高性能接口與電源范圍

• 具備 5MHz 行業(yè)標準 4 線串行接口，能實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。
• 邏輯電源范圍為 3V 至 5.5V，管電源范圍為 8V 至 76V，MAX6931 的燈絲偏置電源范圍為 -11V 至 0V，這使得它在不同電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作。

  強大的輸出能力

• 采用推挽式 CMOS 高壓輸出，輸出可連續(xù)提供 40mA 電流，吸收 4mA 電流，還能提供 75mA 的重復脈沖電流。
• 輸出可以并行連接，以實現(xiàn)更高的電流驅(qū)動能力，并且任何輸出都可作為柵極或陽極驅(qū)動器。

  便捷的控制功能

• BLANK 輸入可簡化 PWM 強度控制，高電平有效時可強制所有驅(qū)動器輸出為低電平，關閉顯示并使器件進入關斷模式，還能通過直接對 BLANK 輸入進行脈沖寬度調(diào)制來控制顯示強度。

  寬溫度范圍與小封裝

• 工作溫度范圍為 -40°C 至 +125°C，保證了在不同環(huán)境下的可靠性。
• 采用小尺寸的 28 引腳 TSSOP 封裝，節(jié)省電路板空間。

在硬件設計中，推挽式CMOS高壓輸出在VFD管驅(qū)動器中具有顯著優(yōu)勢。推挽式結(jié)構(gòu)能夠提供較強的驅(qū)動能力，可有效驅(qū)動VFD管的陽極和柵極。它可以在高電平輸出時提供較大的電流，確保VFD管的正常發(fā)光；在低電平輸出時，又能快速吸收電流，實現(xiàn)快速的信號切換。這對于提高VFD管的顯示效果和響應速度非常關鍵。

三、電氣特性分析

電壓與電流參數(shù)

在典型工作電路中，邏輯電源電壓 (V{CC}) 范圍為 3V 至 5.5V，管電源電壓 (V{BB}) 范圍為 8V 至 76V，MAX6931 的偏置電源電壓 (V{SS}) 范圍為 -11V 至 0V，總電源電壓 (V{BB}-V{SS}) 最大為 76V。不同輸出狀態(tài)下，邏輯電源工作電流 (I{CC}) 和管電源工作電流 (I_{BB}) 會有所變化，并且受溫度影響。

輸出電壓與時間參數(shù)

• 高壓輸出 (V{H}) 和低壓輸出 (V{L}) 會根據(jù)不同的 (V{BB}) 和 (I{OUT}) 以及溫度條件而變化。
• 輸出的上升時間 (t{R}) 和下降時間 (t{F}) 在特定條件下有相應的典型值，串行接口的各種時序特性也有明確的參數(shù)要求，如 LOAD 上升到 OUT 下降延遲、BLANK 上升到 OUT 下降延遲等。

四、詳細工作原理

4 線串行接口

MAX6921/MAX6931 通過 4 線串行接口（DIN、CLK、LOAD、DOUT，MAX6921 才有 DOUT）進行數(shù)據(jù)傳輸和控制。CLK 作為接口時鐘，在其上升沿將數(shù)據(jù)移入 20 位移位寄存器；LOAD 高電平時，數(shù)據(jù)從移位寄存器透明傳輸?shù)捷敵鲦i存器，在其下降沿鎖存數(shù)據(jù)；DIN 為接口數(shù)據(jù)輸入，需在 CLK 上升沿采樣時保持穩(wěn)定；DOUT 則在 CLK 上升沿將數(shù)據(jù)從移位寄存器移出。BLANK 輸入可獨立控制輸出狀態(tài)，高電平時強制輸出為低電平，不改變輸出鎖存器內(nèi)容，常用于 PWM 強度控制。

輸出結(jié)構(gòu)與特性

每個驅(qū)動器輸出是經(jīng)過壓擺率控制的 CMOS 推挽開關，在 MAX6921 中輸出在 (V{BB}) 和 GND 之間擺動，在 MAX6931 中在 (V{BB}) 和 (V_{SS}) 之間擺動。輸出上升時間慢于下降時間，可避免輸出轉(zhuǎn)換時的直通電流，同時壓擺率能在降低 EMI 的同時，不影響典型的 100μs 數(shù)字多路復用周期和顯示強度。

五、實際應用要點

輸出電流與并聯(lián)

每個輸出的連續(xù)電流源能力為 40mA，可驅(qū)動高達 75mA 的重復峰值電流，但需滿足一定的導通時間和占空比要求。同一封裝內(nèi)的輸出可以并聯(lián)以提高電流驅(qū)動能力或降低輸出電阻，但要確保接口控制能使輸出處于相同電平。安全的并聯(lián)方式是使用二極管防止輸出吸收電流，并根據(jù)不同情況選擇合適的外部放電電阻。

功率耗散計算

對于靜態(tài)管驅(qū)動器和多路復用管驅(qū)動器，需要分別使用不同的公式計算功率耗散 (P_{D})。在設計時，要確保所選封裝的最大耗散額定值不被超過，并且在使用多個驅(qū)動器時，盡量均勻分配平均耗散。

電源考慮

MAX6921/MAX6931 采用多電源電壓工作，需使用 0.1μF 電容將 (V{CC})、(V{BB}) 和 (V{SS})（僅 MAX6931）電源引腳旁路到 GND。在多路復用應用中，可能需要在 (V{BB}) 電源上添加 1μF 或更大的大容量電解電容。電源供電順序不重要，但在邏輯電源 (V_{CC}) 未工作時，不要驅(qū)動邏輯輸入。

驅(qū)動器級聯(lián)（僅 MAX6921）

多個 MAX6921 可以通過將每個驅(qū)動器的 DOUT 連接到下一個驅(qū)動器的 DIN 進行級聯(lián)。當 (V{CC} ≥ 4.5V) 時，可在 5MHz CLK 全速級聯(lián)；當 (V{CC}<4.5V) 時，較長的傳播延遲會將最大級聯(lián) CLK 限制為 4MHz。

綜上所述，MAX6921/MAX6931 是兩款功能強大、性能優(yōu)越的 VFD 管驅(qū)動器，在眾多領域都有廣泛的應用前景。在實際設計中，電子工程師需要根據(jù)具體需求，合理運用其特性，確保設計的可靠性和穩(wěn)定性。大家在使用這兩款驅(qū)動器時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。