探索Microchip MTCH650/2：可編程電壓升壓芯片的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尋找一款性能卓越、功能豐富且易于使用的電壓升壓芯片并非易事。Microchip的MTCH650/2系列產(chǎn)品無疑是一個(gè)值得關(guān)注的選擇。今天，我們就來深入了解一下這兩款芯片的特點(diǎn)、功能以及應(yīng)用場景。

文件下載：MTCH650-I SS.pdf

產(chǎn)品概述

MTCH650和MTCH652是Microchip推出的兩款可編程電壓升壓芯片，它們?cè)谠O(shè)計(jì)上各有側(cè)重，但都具備出色的性能和廣泛的應(yīng)用前景。MTCH652是一款緊湊型升壓轉(zhuǎn)換器，擁有多達(dá)19個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，為驅(qū)動(dòng)高壓（HV）輸出提供了便捷的解決方案。而MTCH650則是一款線路驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，具備21個(gè)電平轉(zhuǎn)換器。

關(guān)鍵特性

1. 高電壓I/O線：MTCH652有19條高電壓I/O線，MTCH650則有21條，能夠滿足不同的應(yīng)用需求。
2. 內(nèi)置升壓功能：MTCH652內(nèi)置升壓電路，可生成可選的高電壓輸出；MTCH650雖無內(nèi)置升壓電路，但可外接升壓電壓設(shè)備。
3. 寬輸入電壓范圍：兩款芯片的輸入電壓范圍均為1.8V至5.5V，適應(yīng)多種電源環(huán)境。
4. 低功耗：靜態(tài)電流小于200μA，關(guān)機(jī)電流典型值為1.5μA，有效降低功耗。
5. 高輸出電流：MTCH652在VIN = 3.6V和VOUT = 12V時(shí)，輸出電流可達(dá)50mA；MTCH650輸出電流可達(dá)100mA，且每個(gè)OUTxx通道為5mA。
6. 可選擇輸出電壓和電流限制：用戶可根據(jù)需求選擇不同的輸出電壓（6V、8V、10V、12V、14V、16V和18V）和電流限制。
7. 高速SPI接口：最高支持1MHz的SPI接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
8. 輸出使能（OE）獨(dú)立于SPI接口：可獨(dú)立控制輸出，提高系統(tǒng)的靈活性。

工作原理與功能模塊

電源復(fù)位（POR）

芯片內(nèi)置的POR電路會(huì)使設(shè)備處于復(fù)位狀態(tài)，直到VDD達(dá)到VPOR。當(dāng)POR激活時(shí)，所有鎖存器都會(huì)被清除；當(dāng)VDD低于VPOR時(shí)，內(nèi)部移位寄存器將復(fù)位為全‘0’。

串行接口

通過串行接口，可在運(yùn)行過程中對(duì)MTCH650/2進(jìn)行配置。時(shí)鐘和串行數(shù)據(jù)流用于配置一個(gè)3字節(jié)寬的移位寄存器，然后使用鎖存使能（LE）輸入鎖存所需的數(shù)據(jù)。

• 加載數(shù)據(jù)：移位寄存器為3字節(jié)寬，數(shù)據(jù)從右向左移位，必須以MSB優(yōu)先、LSB最后順序輸入。數(shù)據(jù)字用于選擇哪些HV輸出（OUTxx）將隨輸出使能（OE）循環(huán)，配置字則用于設(shè)置關(guān)機(jī)狀態(tài)、升壓電壓、電流限制等選項(xiàng)。
• 配置字：通過將數(shù)據(jù)流的LSB設(shè)置為‘0’來選擇配置字，可在用戶模式下選擇MTCH652的輸出電壓和電流限制。
• 數(shù)據(jù)字：由3字節(jié)數(shù)據(jù)組成，用于設(shè)置MTCH650的21個(gè)輸出引腳或MTCH652的19個(gè)輸出引腳的高低電平。

電壓升壓接口（僅MTCH652）

MTCH652的電壓升壓電路通過調(diào)制輸入信號(hào)結(jié)合外部電感和電容，從VDD生成可選的高電壓。

• 升壓連接：輸入包括OSCIN（調(diào)制輸入信號(hào)）、VOUT<2:0>（3位輸出電壓選擇設(shè)置）、ILIM<1:0>（2位電流限制設(shè)置）和VPPIN（HV輸入）；輸出包括VPP（升壓電路的HV輸出）和LC（升壓電路的外部電感和電容連接）。
• 升壓操作：正常操作時(shí)，OSCIN調(diào)制內(nèi)部開關(guān)晶體管的柵極，在LC中積累能量并提高VPP。內(nèi)部電路根據(jù)VOUT<2:0>和ILIM<1:0>的配置調(diào)節(jié)升壓電壓。
• 軟啟動(dòng)：升壓電路具備自動(dòng)軟啟動(dòng)功能，可防止高初始浪涌電流拉低電源，在初始16384個(gè)OSCIN周期或約16ms（1MHz OSCIN頻率）內(nèi)將電流限制在約200mA。
• VPP放電：當(dāng)VOUT<2:0>的值變?yōu)檩^低電壓且電路處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，VPP放電晶體管將被啟用，直到達(dá)到新的較低VOUT值。

應(yīng)用信息

電容選擇

• 輸入電容：使用輸入旁路電容可減少從輸入電源汲取的峰值電流瞬變，并降低升壓產(chǎn)生的開關(guān)噪聲。通常，1μF至10μF的陶瓷低ESR X5R或X7R電容是可接受的選擇。
• 輸出電容：輸出電容有助于在突然的負(fù)載瞬變期間提供穩(wěn)定的輸出電壓，并減少輸出電壓紋波。同樣，X5R和X7R陶瓷電容適用于此應(yīng)用，典型值為1μF至10μF。

電感選擇

MTCH652可與小型表面貼裝電感配合使用，典型電感值為1μH至10μH。選擇電感時(shí)，需考慮最大額定電流、飽和電流和銅電阻（ESR）等參數(shù)。推薦初始評(píng)估使用2.2μH的電感。

PCB布局

在PCB布局時(shí)，應(yīng)采用合理的布線技術(shù)。對(duì)于高電流路徑，應(yīng)使用短而寬的走線。輸入和輸出電容應(yīng)盡可能靠近MTCH652放置，以最小化環(huán)路面積。HV輸出應(yīng)遠(yuǎn)離開關(guān)節(jié)點(diǎn)和開關(guān)電流環(huán)路，必要時(shí)可使用接地平面和走線來屏蔽反饋信號(hào)，減少噪聲和磁干擾。

應(yīng)用示例

MTCH650/2的設(shè)置和使用非常簡單，只需配置配置字和數(shù)據(jù)字即可。以MTCH652與PIC?微控制器的典型應(yīng)用為例，介紹其連接和初始化步驟：

連接

從主機(jī)端驅(qū)動(dòng)MTCH650/2需要以下引腳：PWM（僅MTCH652）、OE、LE、SDO（串行數(shù)據(jù)輸出）和SCLK（串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸出）。

初始化

1. 將主機(jī)上用于OE和LE功能的I/O端口配置為輸出，并將OE置低，LE置高。
2. 配置主機(jī)SPI端口為1MHz或等效的位操作功能，并創(chuàng)建一個(gè)將位掩碼發(fā)送到MTCH650/2的函數(shù)。
3. 主機(jī)發(fā)送命令將MTCH650/2的配置字設(shè)置為默認(rèn)值。
4. （僅MTCH652）配置主機(jī)PWM在正確的I/O引腳輸出，建議PWM初始頻率為500kHz，占空比為70%，后續(xù)可根據(jù)需要調(diào)整參數(shù)以優(yōu)化效率和紋波。

電氣規(guī)格

絕對(duì)最大額定值

• 環(huán)境溫度：-40°C至+85°C（偏置下）
• 存儲(chǔ)溫度：-65°C至+150°C
• 引腳電壓：不同引腳有不同的電壓限制，如VDD引腳為-0.3V至+6.0V，LC、VPP、OUTxx引腳為-0.3V至24V等。
• 總功耗：UQFN封裝在環(huán)境溫度TA = 25°C時(shí)為2W，SOIC封裝在TA = 25°C時(shí)為1.4W。
• 最大電流：不同引腳有不同的最大電流限制，如VSS引腳最大電流為1.5A，VDD引腳最大電流為250mA等。

標(biāo)準(zhǔn)工作條件

• 工作電壓：VDD范圍為1.8V至5.5V。
• 工作溫度：工業(yè)溫度范圍為-40°C至+85°C。

DC特性

包括電源電壓、待機(jī)電流、電源電流、上電復(fù)位釋放電壓等參數(shù)。

模擬和AC特性

涵蓋串行接口時(shí)序要求、MTCH652電壓升壓和時(shí)序以及模擬特性等方面的參數(shù)。

典型性能曲線

文檔中提供了一系列典型性能曲線，如典型PWM波形、OE與OUT00的關(guān)系、升壓VPP的變化和放電情況、VPP和OUT00的紋波等。這些曲線為設(shè)計(jì)提供了參考，但需注意它們是基于有限樣本的統(tǒng)計(jì)總結(jié)，不保證測(cè)試或性能。

封裝信息

MTCH650/2提供28引腳的SOIC、SSOP和UQFN（4x4）三種封裝類型。文檔詳細(xì)介紹了每種封裝的標(biāo)記信息和技術(shù)細(xì)節(jié)，包括尺寸、引腳間距、推薦焊盤尺寸等。

總結(jié)

Microchip的MTCH650/2系列芯片以其豐富的功能、出色的性能和靈活的配置，為電子工程師在電壓升壓和電平轉(zhuǎn)換應(yīng)用中提供了可靠的解決方案。無論是在工業(yè)控制、傳感器驅(qū)動(dòng)還是其他需要高電壓輸出的領(lǐng)域，MTCH650/2都能發(fā)揮重要作用。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們需根據(jù)具體需求合理選擇芯片，并注意電容、電感的選擇和PCB布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。你在使用類似芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。