功率邏輯器件在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

功率邏輯器件TPIC6B273

德州儀器(TI)公司新近推出的功率邏輯器件有三種類型8種型號(hào)，分別是8位移位寄存器 (TPIC6595/6A595/6B595)、8位尋址鎖存器(TPIC6259/6A259/6B259)和8位D型鎖存器(TPIC6273 /6B273)。此類芯片允許的工作溫度范圍為-40℃~+125℃，幾乎滿足大多數(shù)的應(yīng)用環(huán)境要求，而且芯片本身的靜態(tài)功耗卻很低 (Icc150mA)。每一個(gè)功率門提供的峰值電流最大達(dá)1.5A,其中A系列驅(qū)動(dòng)電流為1.1A，B系列驅(qū)動(dòng)電流為0.5A。

其中 TPIC6B273DN是一種單片、高電壓、中等電流的功率邏輯8位D型鎖存器，具有8個(gè)正邊沿觸發(fā)的D型觸發(fā)器，有一個(gè)直接清零端，每個(gè)觸發(fā)器都是漏極開路功率DMOS晶體管輸出，能提供150mA連續(xù)電流，專為用于需要相對(duì)高的負(fù)載功率的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其邏輯示意圖見圖2。它包括一個(gè)內(nèi)建的輸出電壓箝位電路以防感性負(fù)載的瞬變電壓;功率驅(qū)動(dòng)器可用來驅(qū)動(dòng)包括繼電器、螺形線圈以及其它中等電流或高電壓的負(fù)載。

TPIC6B273DN邏輯功能見表 1，當(dāng)清零端(CLK)為高時(shí)，D輸入端的信息滿足設(shè)置時(shí)間的要求后，在時(shí)鐘(CLK)脈沖的正邊沿該信息被傳送到DRAIN輸出端。時(shí)鐘觸發(fā)發(fā)生在特定的電平而與正向脈沖的躍變時(shí)間并無直接的關(guān)系。當(dāng)CLK時(shí)鐘輸入端不管是高或低電平時(shí)，D輸入端的信號(hào)對(duì)輸出端沒有影響。一個(gè)異步的端用來關(guān)閉所有8個(gè) DMOS晶體管的輸出。對(duì)一個(gè)給定的輸出端，當(dāng)數(shù)據(jù)為低時(shí)，對(duì)應(yīng)的DMOS晶體管的輸出被關(guān)斷。當(dāng)數(shù)據(jù)為高時(shí)，相應(yīng)DMOS晶體管的輸出端具有吸入電流的能力。

由于該器件將鎖存器和驅(qū)動(dòng)器做在單一芯片里，可以直接代替前兩種方法中的全部電路，且滿足了輸出模塊的要求，可以先將信號(hào)鎖存，而后在輸出刷新時(shí)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載;并能夠提供150mA的連續(xù)電流來驅(qū)動(dòng)較大范圍的負(fù)載?；谝陨咸攸c(diǎn)，選用TPIC6B273DN來改進(jìn)傳統(tǒng)輸出模塊的設(shè)計(jì)方法，并且選用繼電器輸出作為負(fù)載。

如圖3本卡在使用過程中將該芯片的接為高電平，CLK上升沿信號(hào)由譯碼信號(hào)和寫信號(hào)經(jīng)或非門74LS02產(chǎn)生。只有兩信號(hào)同為低有效時(shí)，CLK正邊沿將鎖存數(shù)據(jù)送到DRAIN端，其工作波形見圖4。

結(jié)論

采用功率邏輯器件TPIC6B273DN代替輸出模塊由輸出鎖存器、功率放大驅(qū)動(dòng)電路和光電隔離等組成的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。首先在硬件設(shè)計(jì)上減少了元器大簡(jiǎn)化，一改傳統(tǒng)模塊的缺陷，并且設(shè)計(jì)擴(kuò)展靈活，系統(tǒng)可靠性得以提高。件數(shù)量，輸出模塊的印刷電路板面積縮小了近3/4，電路連線和布局難度明顯降低，系統(tǒng)體積縮小，較好地滿足了機(jī)箱空間對(duì)嵌入式可編程控制器面積和體積的約束。其次可保證輸入和輸出點(diǎn)數(shù)，滿足了輸出模塊的要求，以及大范圍輸出負(fù)載的要求，經(jīng)過這樣設(shè)計(jì)使得輸出模塊結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，一改傳統(tǒng)模塊的缺陷，并且設(shè)計(jì)擴(kuò)展靈活，系統(tǒng)可靠性得以提高。