双槽PCMCIA/CardBus电源控制器TPS2216的原理及应用

1 前言

TPS2216是TI公司生产的双槽PCMCIA/ Cardbus电源控制器,具有两组可编程电源输出xVCC (0V,3,3V,5V)和xVPP(OFF,0V,3.3V,5V, 12V)。稳定的电流输出：xVCC最大电流可达1A, xVPP最大电流250mA. TPS2216完全符合PC卡工业协会的电源接口规范，并有低开关阻抗，短路保护和过温度保护等特点,休眠状态最大静态电流消耗只有150uA。适用于便携式电脑,PDA,数码相机,条码扫描仪等多种终端设备。TPS2216采用两种封装形式：DB 30引脚封装和DAP 32引脚封装。如图1所示DB 30的引脚排列。

图1 TPS2216(DB 30)引脚图

2 主要信号引脚定义

如图1所示TPS2216引脚分两大类,即电源信号引脚和控制信号引脚,下面对各引脚做详细描述:

• 5V:5V电源输入信号,提供至数字开关xVCC与xVPP电压输出
• 12V:12V电源输入信号,提供至数字开关xVPP电压输出
• 3.3V:3.3V电源输入信号,提供至数字开关xVCC与xVPP电压输出
• DATA:串行接口数据信号,串行数据信号在时钟上升沿被触发锁存
• CLOCK:串行接口时钟信号,配合串行数据信号保证数据传输
• LATCH:串行时钟锁存信号
• RESET:TPS2216 IC上电复位输入信号,复位内部寄存器
• RESET#:IC 上电复位输入非信号
• OC#:过温度保护,过电流保护侦测信号,当OC#=0时,TPS2216关闭所有输出电压,直至OC#引脚恢复正常工作为止
• STBY#:休眠状态选择,休眠模式的所有输出电流被限定至50mA以下
• AVPP:PC卡Slot1 Vpp可编程电压3.3V, 5V, 12V,GND输出
• AVCC: PC卡Slot1 Vcc可编程电压3.3V,5V, GND输出
• BVPP:PC卡Slot1 Vpp可编程电压3.3V,5V, 12V,GND输出
• BVCC: PC卡Slot1 Vcc可编程电压3.3V,5V, GND输出

3 TPS2216的内部结构

TPS2216的内部结构如图2所示,下面对其主要组成模块作一介绍：

图2 TPS2216内部结构图

2.1 数字开关模块

TPS2216内建数字开关模块,通过可编程逻辑开关组,选择xVCC和xVPP工作电压输出,每组可编程逻辑开关都有电流感应FETs(Current Sense FETs)会监测xVCC和xVPP的输出电压,而电流感应FETs不像感应电阻(Sense Resistors)和保险丝电路（Fuse Circuit）那样增大电源开关的有效阻抗,产生电源损耗和电压降,充分满足开关组工作的电压精度要求. TPS2216有两种可编程开关状态由Mode(工作模式)引脚控制 ：TPS2206开关模式, TPS2216开关模式.

TPS2206开关模式(Mode=Low or NC),此时xVCC控制xVPP电压输出,电压逻辑输出表如下所示:

TPS2206逻辑开关模式
xVPP

xVCC

TPS2216开关模式(Mode=High),此时xVCC, xVPP电压相互独立输出,电压逻辑输出表如下所示:
TPS2216逻辑开关模式

xVPP

xVCC

数字开关模块通过数字开关选通3.3V, 5V,12V电压输出,每组数字开关都有过电流检测控制,TPS2216 xVCC的过电流限制可达1A～2.2A, xVPP的过电流限制在250mA-500mA之间. 通过串口界面DATA, CLOCK,LATCH信号与PC卡控制器（PCMCIA/Cardbus Controller）作数据交换，控制可编程逻辑开关,调节组电源电压输出.

如下图3所示串行接口工作时序，采用Tektronix公司的TDS694C型示波器测量3个信道信号：串口数据信号，串口数据锁存信号，串口时钟信号的工作时序。如图所示串行数据在LATCH信号上升沿被锁存. TDS694C型数字实时示波器具有以下特点：

• 3GHz工作带宽能够保存波形的快速上升沿，精确显示信号细节。
• 4信道10GS/s取样率保证以最高分辨率和精度捕获关键信号，进行定时测量。
• 记录长度达120,000点/信道，充分满足对信号后期处理分析的要求。

图3 串行接口工作时序图

2.2 过电流保护模块

PC卡电源控制器必须有短路保护,过压保护等措施以应对PC卡不正常插拔方式带来的损害,TPS2216采用双端过电流保护模式,专门设计用于电源开关开启时有过电流发生或输出短路的情况.当有过电流发生时,TPS2216会通过OC#脚向MCU或主控制器发出过电流警报信号,如果过电流状态持续发生,超出IC临界工作温度,TPS2216将开启热保护电路(Thermal-Protection Circuit),关闭所有输出电压,直至IC的温度降至正常工作范围. IC临界工作温度根据以下公式计算

3 TPS2216典型应用电路设计

TPS2216典型应用电路如图4所示，正常情况下有3组电源输入：12V, 5V,3.3V, 为克服噪声干扰，TPS2216对三种输入电源：12V采用1颗10uF钽质和1颗0.1uF陶瓷电容,5V采用1颗33uF钽质和1颗0.1uF陶瓷电容，3.3V采用1颗33uF钽质和1颗0.1uF陶瓷电容滤波，降低电源输入噪声。 TPS2216支持2组电源输出,建议在TPS2216组电源输出端（xVPP,xVCC）加1颗0.1uF的陶瓷电容以增强IC的抗静电（ESD）能力.

同时在布线的时候应注意尽量保持TPS2216与接口插槽的距离限制,避免因TPS2216内部数字开关工作频率过高，致使PCB走线上电压降过大,产生瞬间大电流,烧毁PC卡等设备.

图4 TPS2216典型设计应用电路图

结束语

TPS2216极其适合各种配备PCMCIA/Cardbus的数字终端设备使用,高兼容性的接口规范,低电压消耗, 高转换精度等特点,给整体设计工作带来极大方便,有效降低成本,缩短开发周期。

参考文献:
[1] PC Card Power-Interface Switch TPS2216 ,Datasheet, Texas Instruments,1999
[2] PCI-to-Cardbus Bridges PCI122x Implementation Guide, Texas Instruments,1999
[3] Dual Slot PCMCIA/CardBus Power Controller MIC2563A,Datasheet,Micrel Co.,1999
[4] Single-Slot PC Card Power Interface Switch For Parallel PCMCIA Controllers TPS2211, Texas Instruments,1999
[5] TDS500/600/700 Series Digital Oscillograph Training Tutorial Tektronix CO., Ltd 2002