PCMCIA/CardBus电源控制器设计

摘要: 文章介绍了TI公司的双槽PCMCIA/Cardbus电源控制器TPS2216的基本原理,功能特点,正常工作温度设计,使用Tektronix公司TDS694C型示波器精确测量串口工作时序,并给出了TPS2216的典型设计电路. 

关键词：PCMCIA; Cardbus 控制器;串行接口;示波器 

The Application of Dual Slot PCMCIA/CardBus Power Controller TPS2216 Abstract: This paper introduces the principle of Dual slot PCMCIA/Cardbus Power Controller TPS2216,including the features of function, the design rules of working temperature, and the timing of serial interface has been measured by TDS694C oscillograph of Tektronix Co., then its applications are discussed. 

Key Words: PCMCIA; Cardbus Controller; Serial Interface; Oscillograph; TI 

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 AVPP 控制信号 输出
V_AVPP BVPP控制信号 输出
V_BVPP 
D8(SHDN#) D0 D1 D8(SHDN#) D4 D5 
1 0 0 0V 1 0 0 0V 
1 0 1 V_AVCC 1 0 1 V_BVCC 
1 1 0 12V 1 1 0 12V 
1 1 1 Hi-Z 1 1 1 Hi-Z 
0 x x Hi-Z 0 x x Hi-Z 

xVCC AVCC控制信号 输出
V_AVCC BVCC控制信号 输出
V_BVCC 
D8(SHDN#) D3 D2 D8(SHDN#) D6 D7 
1 0 0 0V 1 0 0 0V 
1 0 1 3.3V 1 0 1 3.3V 
1 1 0 5V 1 1 0 5V 
1 1 1 0V 1 1 1 0V 
0 x x Hi-Z 0 x x Hi-Z 

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 AVPP控制信号 输出V_AVPP BVPP控制信号 输出V_BVPP 
D8(SHDN#) D0 D1 D9 D8(SHDN#) D4 D5 D10 
1 0 0 x 0V 1 0 0 x 0V 
1 0 1 0 3.3V 1 0 1 0 3.3V 
1 0 1 1 5V 1 0 1 1 5V 
1 1 0 x 12V 1 1 0 x 12V 
1 1 1 x Hi-Z 1 1 1 x Hi-Z 
0 x x x Hi-Z 0 x x x Hi-Z 

xVCC AVCC控制信号 输出
V_AVCC BVCC控制信号 输出
V_BVCC 
D8(SHDN#) D3 D2 D8(SHDN#) D6 D7 
1 0 0 0V 1 0 0 0V 
1 0 1 3.3V 1 0 1 3.3V 
1 1 0 5V 1 1 0 5V 
1 1 1 0V 1 1 1 0V 
0 x x Hi-Z 0 X x Hi-Z 

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. 

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