一、TB67H450FNG概述

TB67H450FNG是一款由东芝（Toshiba）公司推出的高性能双通道步进电机驱动器集成电路，主要面向对精密控制和高效节能有较高要求的应用场景，例如3D打印机、CNC雕刻机、自动化机械以及机器人系统等。该芯片采用先进的CMOS工艺制造，内置高性能的步进电机驱动模块，支持单极桥和双极桥输出模式，可驱动最大电机电流高达4.0A（峰值）和2.0A（持续）。它集成了多种保护功能，包括过电流保护（OCP）、过热保护（OTP）、欠压锁定（UVLO）以及电源消除功能等，保证了在各种恶劣环境下工作的可靠性与稳定性。

从芯片封装形式来看，TB67H450FNG采用了紧凑的48引脚HTSSOP封装（7.8mm × 6.2mm），在减少PCB空间占用的同时兼顾了良好的散热性能。为了满足高功率驱动功率MOSFET的需求，芯片内部采用了专用的散热片设计，使得在大电流输出时能够更好地将热量传导至外部环境。此外，其引脚排列在物理布局上也经过优化，方便工程师进行PCB布局设计，降低了EMI辐射。

针对步进电机驱动的需求，TB67H450FNG支持多种细分驱动模式，包括全步进（Full-Step）、半步进（Half-Step）以及最大1/16细分模式。通过配置外部电阻或寄存器，可灵活调节细分参数，实现更平滑的电机运动和更精细的步距定位。与此同时，该芯片还在电流控制方面引入了自适应PWM（PWM Current Control）算法，能够在保证输出效率的同时将电流波形优化至接近正弦波形，从而降低振动和噪声，提高系统整体性能。基于这些特性，TB67H450FNG在中小功率步进电机驱动市场上得到了广泛的应用，也成为多家OEM/ODM厂商进行运动控制方案设计时的首选器件之一。

二、主要特性

TB67H450FNG凭借其一系列先进特性，在步进电机控制领域形成了明显的差异化竞争优势。以下列举了该芯片的核心特性，方便设计工程师从功能需求、性能指标以及系统可靠性方面进行全面评估。

• 高电流输出能力
  TB67H450FNG的每通道驱动输出电流最高可达4.0A（峰值）和2.0A（连续）。这使得它能够胜任驱动中小型步进电机的任务，满足常见工业自动化设备、3D打印机以及智能家居领域对较大动力和精细控制的双重需求。高电流输出源自于芯片内部高效能MOSFET，并配合优化的自适应PWM电流控制算法，使得电机在低速运行或启动/停止过程中依然保持稳定的扭矩输出。

• 宽范围电源电压支持
  芯片的工作电源电压范围为10V至50V，可满足绝大多数24V、36V、48V等工业标准电源的需求。同时，为了兼容更高电源电压场景，TB67H450FNG在输入电压端集成了过压防护和欠压锁定（UVLO）功能，确保在输入电压异常时能够安全切断输出，避免对电机和驱动器带来不可逆的损害。

• 多种细分驱动模式
  细分模式对步进电机的平滑度和定位精度至关重要。TB67H450FNG内置七级细分设置，包括全步、半步、1/4细分、1/8细分、1/16细分以及外部配置方式，可通过MODE引脚组合或寄存器编程灵活切换。从而可根据设备对分辨率和速度的要求，灵活选择合适的细分方式，以最小的振动和噪声获得最优运动表现。

• 高效PWM电流控制
  该芯片采用了自适应PWM（Pulse Width Modulation）电流控制技术，能够将步进电机绕组电流波形近似为正弦波形，降低谐波成分对电机运行的影响。同时，PWM频率可调节，从而在不同电机、负载环境下找到理想的电流采样频率，有效减少功率耗散，提升功率转换效率并降低芯片及电机温升。

• 内置多项保护功能
  为了保证系统可靠性，TB67H450FNG除了具有过电流保护（OCP）和欠压锁定（UVLO）功能外，还集成了过热保护（OTP）功能。当芯片结温超过设定阈值时，内部温度检测电路会自动限制输出或停止驱动，等待温度恢复正常后才重新启动。此外，短路保护（SCP）和电机缠绕故障检测功能同样被内置在芯片中，这些保护机制可在外部单板系统出现短路或电机线圈异常时及时响应，防止系统损坏。

• 低静态电流消耗
  在步进电机停转或空闲状态时，TB67H450FNG的静态电流消耗极低，仅数毫安级。这对于长时间待机或低功耗应用场景尤为重要，可以在无人使用或维护期间最大限度地节省能源，降低系统散热需求。

• 灵活的接口与配置方式
  芯片提供多种引脚配置和数字接口，用户可以通过MODE引脚、EN引脚、DIR/STEP输入等方式对细分模式、使能/禁能状态、电机转动方向以及步进脉冲进行轻松控制。此外，还支持SPI/I²C等串行编程接口，可以实现更为灵活、可编程化的配置，配合MCU或FPGA实现高阶运动控制算法。

三、内部结构与工作原理

为了全面理解TB67H450FNG的工作机制，我们需要从其内部结构模块及电路拓扑开始分析。该芯片整体可分为逻辑控制模块、电流采样与PWM调节模块、功率输出桥模块和保护电路模块四大部分。

1. 逻辑控制模块
   逻辑控制模块是芯片的“大脑”，负责接收外部STEP、DIR等脉冲信号，将步进指令翻译为相应的线圈驱动序列。此外，当采用SPI/I²C接口进行编程时，逻辑模块还会解析来自MCU的寄存器写入指令，设置细分等级、电流限流值以及保护参数。该模块还负责在过流、过热等异常状态下生成保护指令，将其传递给功率输出桥和电流采样模块，触发相应的关闭或限流操作。

2. 电流采样与PWM调节模块
   步进电机驱动器的电流控制核心在于精准采样线圈电流并进行PWM调节。TB67H450FNG内部集成了高精度的电流检测电路，通过将外部电流取样电阻（RSENSE）上的电压信号输入到内部比较器，实现对线圈电流的实时监测。当检测到线圈电流达到预设限流阈值时，PWM调节模块会立即关闭对应的MOSFET，直至电流降至设定值以下，再重新开启MOSFET。通过如此高频的开关调节，使得线圈电流保持在恒定值附近。为实现近似正弦波形的驱动效果，芯片内部预先设计了电流波形表（Lookup Table），逻辑控制模块会根据细分等级和当前步序索引，输出对应的PWM占空比指令，从而实现平滑的电流波形控制。

3. 功率输出桥模块
   TB67H450FNG采用两组全桥驱动输出，每个桥臂由高侧MOSFET和低侧MOSFET组成。内部MOSFET的RDS(on)非常低，一般在0.3Ω以内（典型值约0.25Ω），以减少驱动损耗和提高输出效率。为了应对因大电流开关带来的尖峰电压问题，芯片还在输出端集成了跨接二极管（Body Diode）以及肖特基保护电路，以防止电机反电势对芯片造成损伤。此外，功率输出桥采用了一种渐进式驱动方式，使得在MOSFET开关过程中避免出现瞬时大电流冲击，提高系统抗干扰能力。

4. 保护电路模块
   在实际应用中，步进电机驱动往往需要面对复杂的运行环境，例如机械卡滞、过载冲击、线路短路等。为了让系统具备自我保护能力，TB67H450FNG内置了多重保护电路，包括：

• 过流保护（OCP）：当检测到单个桥臂电流或整体驱动电流超过设定阈值时，立即关闭对应输出或整个输出桥。保护机制通过延迟计时来判断是瞬态冲击还是持续过载，并根据设置值选择重试次数或锁定输出。

• 过热保护（OTP）：通过内部温度传感器实时监测芯片结温，当温度超过安全阈值时，芯片自动进入停机或限流状态，待温度降低后再进行恢复。该功能可以有效阻止因散热不良导致的芯片损坏。

• 欠压锁定（UVLO）与过压保护（OVP）：当电源电压低于某一设定值时，芯片处于锁定状态，VB端口电压恢复到正常范围后方可重新启动；当电源高于安全上限时，芯片也会停止工作，防止器件击穿或电机异常运行。

• 短路保护（SCP）：当输出端短路到地或短接时，会立即关断对应桥臂并在周期结束后再次尝试加电。若多次尝试仍未解除短路，则进入锁定状态，需人工干预才可恢复。

通过上述四大模块的协同工作，TB67H450FNG既能实现对步进电机的高精度电流控制与平滑驱动，又能在异常发生时及时响应并采取保护措施，以确保整机的长期稳定运行。

四、引脚功能及描述

TB67H450FNG采用48引脚HTSSOP封装，其引脚排列紧凑且布局合理。以下以引脚号顺序，结合功能进行详细说明，并附上主要引脚的电气特点与建议接法。

1. 电源与地引脚

• VB（引脚1、2）：主电源输入引脚，用于为功率输出桥及内部逻辑模块供电。允许输入电压范围为10V至50V。建议在VB引脚与GND之间并联足够容量的高频去耦电容（如47µF/100V固态电容），以抑制输入侧开关瞬态。

• VREF（引脚3）：内部电流检测基准电压输出，一般输出为0.5V或0.75V，具体参考数据手册。用户通过连接到外部电流取样电阻（RSENSE），将此电压与RSENSE上的压降进行比较，实现线圈电流采样。该引脚可驱动较低阻值电阻网络，因此在布局时应尽量将VREF与RSENSE布线短而粗，以降低噪声干扰。

• VCCA（引脚4、5）：逻辑电源引脚，一般接5V或3.3V电源，视具体系统电压而定。该电压为内部逻辑控制模块提供工作电压，建议使用低噪声LDO稳压器进行供电。VCCA与VREF共用同一稳压源，可节省PCB面积，但需确保稳压器地线对于ADC及参考电压线路无干扰。

• GND（引脚6、7、24、25）：芯片地引脚，分为功率地（PGND）和逻辑地（AGND）两种。建议在布局时将AGND与PGND分开，通过单点接地技术连接到系统主地，以降低功率开关噪声对逻辑控制的影响。对于大电流回路，应尽量缩短GND回路长度，并在PGND与PCB地平面之间设置合适的铜箔增强散热。

2. 数字控制引脚

• STEP_A/STEP_B（引脚8、9）：步进脉冲输入引脚，用于接收外部MCU/FPGA输出的脉冲信号，每个上升沿触发一次电机步进动作。此引脚要求脉冲宽度满足最小脉宽要求（如≥0.5µs），否则可能漏步或无法正常驱动。具有内部上拉电阻，可直接与3.3V或5V逻辑电平兼容。

• DIR_A/DIR_B（引脚10、11）：电机转动方向控制引脚，高电平或低电平分别对应不同旋转方向。切换方向时，需确保STEP脉冲此时保持稳定以避免产生错误步进。一般建议在改变DIR信号后延迟10µs以上再发送下一步STEP脉冲，以便内部逻辑稳定。

• MODE1/MODE2/MODE3（引脚12、13、14）：细分模式选择引脚，通过不同的组合电平设置来实现全步、半步、1/4、1/8、1/16等多种细分模式。具体引脚电平对应关系应参考数据手册中的表格，不同版本可能有所差异。为了兼顾灵活性，板级设计时可在MODE引脚处加上拨码开关或跳线，方便现场调试。

• EN_A/EN_B（引脚15、16）：使能控制引脚，用于开启或禁用相应通道的输出。当EN引脚为低电平或高电平（取决于芯片规格）时，通道输出桥处于禁能状态，电机线圈断电，可实现快速急停功能。建议在对电机执行急停或需要强制复位时，通过拉低EN引脚实现断电保护。

• nSLEEP（引脚17）：睡眠模式控制引脚，当nSLEEP为低电平时，芯片进入低功耗睡眠状态，所有输出均被禁用，内部逻辑仅保留唤醒功能。该功能可用于长时间待机或低功耗场景，以降低静态电流消耗。

• nRESET（引脚18）：复位控制引脚，高电平时芯片正常工作，低电平时内部逻辑复位，输出桥关闭。退出复位后，芯片重新按照配置的细分模式 startup，恢复正常驱动。通常建议在系统上电或出现未知错误时，通过nRESET触发一次硬件复位。

3. 电流检测与反馈引脚

• ISEN_A/ISEN_B（引脚19、20）：电流检测输入引脚，通过外部取样电阻（RSENSE）将线圈电流转换为电压信号输入到芯片。当ISEN引脚电压达到由内部寄存器或外部参考电压设定的限流阈值时，PWM调节模块开始保护动作。由于此处信号电压较低（数百毫伏至数毫伏量级），布局时需使用短且粗的走线，并在RSENSE两端加布旁路电容以滤除高频尖峰。

4. 功率输出引脚

• AOUT1/AOUT2/AOUT3/AOUT4（引脚21、22、23、26、27、28、29、30）：四个功率输出引脚，用于连接电机绕组。其中AOUT1与AOUT2为通道A的输出桥；AOUT3与AOUT4为通道B的输出桥。输出引脚上可直接焊接高电流连接器或配合大铜厚度导线，以保证在4.0A高电流输出时线缆发热和压降最小。此外，为减小EMI和振铃，建议在每个输出引脚与电机线圈之间并联合适的RC或LC滤波网络。

5. 保护与状态指示引脚

• ERR（引脚31）：故障指示输出口，当芯片进入过流、过热、欠压或短路等保护状态时，ERR引脚会拉低或拉高（具体电平极性需参考数据手册），通知主控MCU或外部监控电路当前芯片处于异常状态。ERR引脚具有开漏输出特性，需要外部上拉电阻进行拉高，以实现逻辑告警。

• ADJ1/ADJ2（引脚32、33）：可编程限流电压调节引脚，通过外部电阻网络或串联电阻与电容的滤波电路，可设置线圈电流的上限。不同的外部电阻值对应不同的电流限流阈值，用于灵活调整输出电流大小，满足不同电机规格的需求。

• TS（引脚34）：内部温度感测引脚，用于监测芯片结温。当温度超过设定阈值时，芯片触发过热保护，应对散热不足或环境温度过高的问题。工程师可将TS引脚与外部ADC相连，对芯片温度进行监控，并采取主动降载或风扇控制等辅助散热措施。

6. 备用与保留引脚
   剩余引脚多为保留或内部测试使用，不建议在用户设计中连接，以免影响正常信号或导致芯片误操作。用户在走线时应将这些引脚悬空或按照制造商建议连接至GND/NC（未连接），并避免与噪声源或大电流回路过近。

通过上述细致的引脚描述，设计工程师在进行PCB布局时可有效避免相互干扰，并为高可靠性应用留下足够的留白空间和散热空间。例如，将大面积铜箔层用于VB与PGND放置，以利于散热；并在逻辑引脚附近保持充足的去耦电容布局区域，确保芯片在高速PWM开关时逻辑稳定。

五、典型电气特性与规格

TB67H450FNG的数据手册中对其电气特性进行了详尽列举，为系统选型和设计留出了充分依据。以下节选其中常用且具有指导意义的参数，并给出典型值与测试条件，帮助工程师做初步评估。

1. 工作电压范围

• 主电源电压（VB）：10V ≤ VB ≤ 50V
  在10V以下时，芯片进入欠压锁定状态；在50V以上时，过压保护触发。

• 逻辑电源电压（VCCA）：4.5V ≤ VCCA ≤ 5.5V（某些版本可支持3.3V）
  保证数字输入脉冲兼容性以及内部逻辑稳定。

2. 电流输出能力

• 峰值输出电流：最大4.0A／通道（短时，典型环境下约20ms）

• 持续输出电流：最大2.0A／通道（需配合良好散热）
  在长时间2.0A运行下，芯片结温会上升至临界值时会自动限流或降载，建议在大于1.5A时考虑外部散热片或风扇辅助降温。

3. 导通电阻（RDS(on)）

• 高侧MOSFET典型值：0.25Ω

• 低侧MOSFET典型值：0.25Ω
  低导通电阻能够有效降低功耗及发热。测量条件一般为Tj = 25℃，VGS = 10V 的情况下。

4. 电流检测电阻与限流阈值

• 内部参考电压（VREF）：0.5V（典型）或0.75V（某些版本）

• 外部取样电阻（RSENSE）：典型值 0.1Ω
  限流值可通过公式 I_LIM = VREF / RSENSE 得出。若VREF = 0.5V，RSENSE = 0.1Ω，则限流电流约为 5A。鉴于芯片峰值仅支持4A，建议在该配置下取样电阻增大至0.125Ω或更高，使限流电流设置为适当值（例如4A）。

5. PWM频率范围

• 典型PWM切换频率：20kHz 至 100kHz 可调

• 频率调整方式：通过MODE引脚组合或寄存器编程设定，配合外部电容可进一步锁定频率。
  较高PWM频率虽然有助于降低电机噪音，但会增加芯片及电机线圈的开关损耗；较低频率则可能产生明显的振动。工程师可在测试阶段根据电机特性和散热能力进行优化选择。

6. 过温保护阈值

• 芯片结温限值：约150℃（典型）
  当内部温度传感器检测到结温超过此值时，芯片将触发OTP保护，将输出切换至限流或关闭状态，直至温度下降至约135℃再自动恢复。

7. 欠压与过压保护阈值

• 欠压锁定电压（UVLO）：约8.5V（典型）
  当VB跌落至该电压以下时，芯片被禁能，直到VB回升到约10V后才能恢复正常驱动。

• 过压保护电压（OVP）：约53V（典型）
  当VB高于该值时，芯片立即停止输出，以防止大电容对芯片造成冲击。

8. 静态电流消耗

• 静态待机电流：典型值约3mA

• 休眠模式（nSLEEP=低）下静态电流：典型值约0.1mA
  这样的低功耗特性在中断待机或休眠场景时非常有利，有效降低整机功耗。

9. 故障指示与延时

• 过流保护触发延迟时间：约3µs（典型）

• 欠压保护重启延迟：约100µs

• 温度恢复延迟：约1ms
  这些延时指标决定了在异常情况下芯片的响应速度和复位时序设计，应结合系统动态需求进行考虑。

通过以上典型电气特性表，设计人员可在选型阶段迅速评估TB67H450FNG是否满足系统对驱动能力、电源兼容性、散热需求以及保护性能的要求。同时，还可以结合数据手册中更详细的时序图、电流采样波形图及热阻模型图，对PCB布局、散热器设计以及驱动参数设置进行进一步优化。

六、保护功能

在现代嵌入式运动控制领域，安全性与可靠性同样被视为至关重要的指标。TB67H450FNG集成了多种内置保护机制，能够在各种异常情况下对芯片本身以及所驱动的步进电机提供及时的护理与告警，这些保护功能包括但不限于以下几项。

1. 过流保护（OCP, Over Current Protection）
   过流保护作为最基础的保护功能，当任一桥臂的电流超过设定阈值时，芯片内部电流采样电路会检测到异常并立即关闭对应MOSFET，以防止大电流烧毁功率管或电机线圈。该功能具有设定延迟时间（约3µs），用以屏蔽瞬态浪涌或干扰脉冲。若在延迟时间结束后电流仍未下降，芯片将保持对应桥臂关闭，直到过流情况解除才会重新开启。对工程师而言，可通过调整限流阈值和延迟时间平衡保护灵敏度与系统抗干扰能力。

2. 短路保护（SCP, Short Circuit Protection）
   当输出侧出现短路（例如输出引脚误触地或某两相线圈短接）时，输出电流会骤增，触发过流保护动作。不同于一般过流保护，短路保护机制将触发更快速的关断，并在每个PWM周期结束时进行重启尝试。如果短路持续存在，芯片将连续尝试多次后进入锁定状态，以避免持续过流对内部元器件造成灾难性损害。此时ERR引脚被拉低（或拉高），通知主控电路需要人工干预。

3. 过温保护（OTP, Over Temperature Protection）
   当芯片的结温超过预设的过温保护阈值（约150℃）时，内部温度传感器会触发OTP功能，立即强制关闭所有输出桥，切断电机供电，并进入冷却等待状态。只有当结温降至约135℃以下时，芯片才会自动恢复到正常运行模式。该机制可有效避免因持续大电流输出或散热不良导致内部温度持续攀升，并保护内部硅芯片免受热应力损害。开发者在硬件设计时需注意在芯片底部留出充足的散热铜箔，同时要考虑系统环境温度和气流情况。

4. 欠压锁定（UVLO, Under Voltage Lock Out）
   欠压锁定功能用于保障芯片在电源电压不足时不会错误驱动电机，防止电流控制电路失效。TB67H450FNG在VB低于约8.5V时会自动禁能输出；当VB回升至约10V以上时，芯片才重新进入工作准备状态。这种设计可避免由于输入电压瞬间下降导致电机扭矩不足或漏步问题，从而影响设备的运动精度。

5. 过压保护（OVP, Over Voltage Protection）
   当VB电压超过约53V时，芯片检测到过高电压将立即进入保护模式，切断输出并锁定，直到VB回落至合适范围后才能重新启动。这种机制主要针对开关电源不稳定或电源突波导致的电压飙升现象，防止内部功率MOSFET因击穿耐压极限而损坏。实际设计中，为进一步抑制瞬态浪涌，还可在VB输入端配合使用TVS二极管或RC滤波电路。

6. 欠流保护（いくりゅう保護, Under Current Protection）
   在某些应用场景下，例如电机脱机或线圈断线时，实际电流可能极低。TB67H450FNG可通过内部逻辑判断电流低于设定值后触发欠流保护，防止输出空循环而浪费能量。但是，欠流保护阈值一般不会设得过高，以免在低速或小负载时误判。该功能更适用于检测线圈断开或电机故障引起的无负载状态，并及时报错通知上位机。

7. 驱动器锁定与复位机制
   当触发多种保护条件时，芯片将进入锁定模式（Lock），使用者需通过拉低nRESET引脚或断电重启才能恢复正常工作。这种设计保证了在遭遇严重异常时，可以让操作者进行必要的检查与维修，而不是自动重启后继续驱动而导致二次损害。对于一些关键应用，例如医疗设备或精密仪器，工程师可将ERR信号连接至主控MCU中断输入，引发系统报警或促使机械制动。

综上所述，TB67H450FNG的多重保护功能形成了一个互补的保护网络，能够有效应对过流、短路、过温、欠压、过压等常见故障情形，最大程度保证器件和电机安全。为了充分利用这些保护机制，用户在设计时应当结合PCB散热设计、输入电源滤波方案与MCU监控逻辑，根据实际需求对限流阈值、PWM频率、保护延时等参数进行调试与优化。

七、应用电路设计

在实际产品设计中，如何围绕TB67H450FNG构建一个稳定可靠的驱动电路，是实现高精度步进电机控制的关键。以下将从典型应用电路示例、关键外部元器件选型以及PCB布局要点三个方面展开说明，帮助读者快速完成从设计到调试的全过程。

1. 典型应用电路示例
   在最基础的典型电路中，TB67H450FNG通常需要与以下几类外部元件配合：

   整体典型电路图如下：

   lua复制编辑VB ----||----+------TB67H450FNG------+------ AOUT1 ---- Motor Coil A+  
           C1  |                       |  
            0.1µF                     |  
                   C2 47µF           |  
            GND---||---+             |  
                           VCCA ----+------ MCU 5V      
            GND---||---+             |  
                   C3 0.1µF          |  
                    |                |  
                GND                LOGIC GND  
                                  
   MCU GPIOs  
     |  
     +--STEP_A --> STEP_A 引脚  
     +--DIR_A  --> DIR_A 引脚  
     +--EN_A   --> EN_A 引脚  
     +--MODE1/MODE2/MODE3 --> 细分引脚  
     +--nSLEEP/nRESET --> 睡眠/复位引脚  
     +--ERR <--- ERR 引脚(通过上拉电阻10k至VCCA)  
   

• 输入电源去耦电容：在VB引脚和GND之间并联至少一颗47µF/100V的高品质固态电容，以及一个0.1µF陶瓷电容，用于滤除输入侧开关噪声和瞬态脉冲。

• 逻辑电源去耦电容：在VCCA引脚与GND之间并联一个4.7µF或10µF的低ESR陶瓷电容和一个0.1µF的旁路电容，确保内部逻辑电源稳定。

• 电流检测电阻：在ISEN引脚处与GND之间串联一个0.125Ω ~ 0.2Ω的合金电阻（视限流需求而定）。要求该取样电阻具有低温漂（如0.1%等级）和高功率处理能力（至少1W）。

• 电机绕组连接：AOUT1/AOUT2与线圈连接，AOUT3/AOUT4与另一组线圈连接；在输出引脚与线圈之间建议串联一个47nF ~ 100nF的陶瓷电容和一个47Ω串联电阻，以抑制EMI与寄生振铃。

• 数字控制接口：将MCU的STEP、DIR、EN、MODE、nSLEEP/nRESET引脚直接连至TB67H450FNG的对应信号引脚，通过MCU程序实现步进脉冲生成与状态监控。Err引脚可通过上拉电阻（如10kΩ）与MCU中断脚相连，用于出现故障时触发中断处理。

• 保护与滤波：在VB和GND之间可加装一个TVS二极管（如SMBJ58A），用于浪涌抑制。同时在电机线圈和输出引脚处可增加LC滤波网络，进一步降低辐射干扰。

2. 关键外部元件选型

• 电流取样电阻（RSENSE）：需选用低温度系数（≤100ppm/℃）、高精度（±0.1%或±1%）、高功率（2W以上）的合金电阻，例如Vishay的CSRP系列或IRC的LW系列。

• 去耦电容与滤波电容：VB端建议使用低ESR固态电容（如Nichicon FG系列或Panasonic OS-CON系列），可减少开关尖峰和瞬态纹波对输入电源造成的干扰；VCCA端的陶瓷电容应为X7R或X5R材质，耐压至少10V。

• TVS二极管：在VB输入端并联一个6KE58CA或SMBJ58A，用于吸收浪涌电压。若系统电压在24V或36V时，也可选用相应工作电压范围的TVS。

• 输出滤波元件：在AOUT与电机线圈之间串联47nF100nF的高压陶瓷电容，以及33Ω至100Ω的片式电阻，以抑制EMI和寄生振铃，提高电机运行的平滑度。对步进电机噪声敏感的场合特别推荐添加LC滤波器（L为10µH47µH的小电感，C为100nF~220nF）。

• 热沉与散热片：虽然TB67H450FNG内部的封装具有一定散热能力，但在持续大电流（>1.5A）工作时，推荐在芯片底部外露铜箔位置粘贴一个适配的铝基或铜基散热片，并在PCB底层增加大面积过孔阵列，将热量导出至另一侧散热层。

3. PCB布局要点

• 功率回路最短：VB、PGND和AOUT的高电流回路要尽量靠近并以短距离连接，使用加宽铜箔或多层板内铺铜方式减少回路阻抗。

• 电流采样布局：RSENSE应靠近芯片ISEN引脚放置，避免与其他噪声源相连，形成单独的安静回路。同时在RSENSE两端加装旁路电容（10nF~47nF）平滑采样信号。

• 信号回路分离：STEP、DIR等数字信号线应与高电流线分开布置，并在关键节点加装RC滤波器（10Ω+100pF）降低数字噪声对芯片内部逻辑的干扰。

• 去耦电容布局：VB与GND之间的去耦电容需要尽量靠近VB引脚放置，并保持走线粗而短；VCCA的去耦电容同样需要紧靠VCCA引脚布局，以确保内部逻辑电源的稳定性。

• 热散布局：在芯片底部设置足够数量的过孔连接至底层大面积铜箔（散热层），并在顶部留出空间贴挂散热器或风扇，以维持芯片结温在安全范围内。

通过以上硬件设计要点，可以在保证高效驱动、抗干扰性以及散热性能的前提下，将TB67H450FNG与系统其他模块无缝集成，为后续的软件调试与性能优化打下坚实基础。

八、PCB布局与散热设计

对于高电流、高频PWM驱动电路而言，PCB布局以及散热方案至关重要。TB67H450FNG在满载工作时会产生显著的功率损耗，如果忽略散热设计，极容易导致结温过高而触发过热保护。以下将针对PCB布局原则与散热设计细节进行进一步阐述。

1. 热路径与散热层设计

• 底部散热铜箔：TB67H450FNG封装底部通常设计有散热引脚或暴露的铜敷层（Exposed Pad），该区域应直接与PCB底层的大面积铜箔热扩散层相连。通过在散热过孔周围布置2448个（或更多，视空间决定）直径0.3mm0.4mm的穿孔，将热量从顶层传导至底层，并在底层铺设至少2in²的铜箔面积，以实现快速热扩散。

• 多层板与散热板结合：在四层或六层PCB方案中，可使用第二层或第三层作为散热层，通过过孔将热流引入内层铜箔，同时还可在顶层或底层外贴铝基板或导热垫与散热片结合，进一步降低热阻。

• 散热器与风扇：对于输出电流持续接近2.0A或以上的应用场合，单靠PCB散热常常不足以保证结温维持在安全范围（<125℃）。此时需要在芯片顶部粘贴适当尺寸的散热片，若空间允许，还可结合小型风扇进行强制气流散热，以提升整个系统的散热能力。

2. 高电流回路布局

• VB至输出桥的最短路径：VB与AOUT1~AOUT4之间的走线应加宽至至少5mm（在2oz铜厚度下），并保持最短连接，以减小走线电阻和电感，避免开关瞬态时产生过高压降和EMI。

• 电机线圈走线：从AOUT输出引脚到电机线圈的线路也需尽可能粗并带有护套屏蔽，以降低辐射干扰。对于长距离线缆应采用双绞线或屏蔽线以抑制高频噪声辐射。

• 电流取样网格：RSENSE两端相连的走线要成对布线，走线长度控制在几毫米以内，且走线宽度不宜过大，以避免与其他大电流回路相邻引入寄生干扰。必要时可将RSENSE与芯片紧密贴合，并在其周围进行地线分割，以形成精准的取样区域。

3. 信号线与电源回路分隔

• 数字与模拟地分割：将AGND（逻辑地）与PGND（功率地）严格分开，使用单点接地（Star Ground）技术，将两者在PCB中央汇合至系统主地，避免大电流回路噪声对信号采样与逻辑控制造成影响。

• 高频旁路与滤波电容：在VB与PGND之间并联多个不同容量的去耦电容（如0.1µF、1µF、47µF），覆盖从几十kHz到几MHz的滤波需求。顶层和底层去耦电容都要布局，并在去耦电容与芯片VB引脚之间保持低阻抗路径。

• 数字控制信号走线：STEP、DIR等信号线应与AOUT输出走线分开，并采取差分走线或在信号线上加套屏蔽层等措施，减少数字信号受到大电流回路的干扰。此外，关键时序信号可以加上RC缓冲或TVS二级防护，以防止外部干扰瞬态破坏。

4. EMI与电磁兼容设计

• 输出滤波网络：在AOUT到电机线圈之间串联RC或LC滤波器，该滤波器不仅可以抑制高频噪声向外辐射，还能降低线路对芯片的雷击或静电冲击。推荐采用47Ω+100nF RC串联滤波网络，或10µH+100nF LC网络。

• 板级屏蔽与地平面：顶层或底层可布置完整的地平面，作为散热层及电磁屏蔽层，同时为信号回路提供均匀地参考。电机控制部分与高频开关电路区域应作适当隔离，可使用地槽或干地技术将两部分地线分割。

• 管脚紧邻布置：对芯片最容易受噪声影响的引脚（如ISEN、VREF、TS等），布线应走最短路径并远离VB/AOUT等高电流走线；如果空间允许，建议在这些引脚的走线下方加一层地平面屏蔽。

通过结合热仿真软件进行热阻模拟、参考厂商提供的热特性图以及系统实际测试数据，工程师可以在PCB布局阶段对散热层厚度、过孔数量、地平面分割以及散热器贴合方式做出合理的方案选择，确保TB67H450FNG在不同工作环境下始终维持较低结温，实现长期稳定运行。

九、使用注意事项与调试要点

在完成硬件设计并焊接好电路板后，软件调试和系统测试同样是确保运动控制系统性能的关键环节。以下结合TB67H450FNG的特性，列出常见的使用注意事项与调试要点，帮助工程师在调试阶段迅速定位问题并优化性能。

1. 供电电压与稳压要求
   在上电前务必确认VB和VCCA电源电压处于正常范围。由于VCCA直接决定逻辑电路的稳定性，若VCCA电压波动过大，可能导致STEP/DIR信号抖动或误判。因此，建议使用低噪声LDO稳压器为VCCA供电，且加装足够的去耦电容。对VB电压，需确保电源能够在启动电机瞬间提供足够的充足电流，并在输入端配备TVS及大容量电容以抑制浪涌。

2. STEP/DIR信号时序
   对于驱动器而言，STEP脉冲的上升沿是步进命令的触发点，因此脉冲宽度、频率与稳定性对电机转动平稳性至关重要。通常建议STEP脉冲宽度不小于1µs，脉冲间隔根据目标转速进行计算，若驱动频率过高，可能会超出芯片的响应能力或MCU的定时器处理能力，导致丢步。DIR信号在改变时应保证STEP保持低电平至少10µs，以避免在方向切换过程中出现误触。

3. 细分模式的切换时机
   在实际应用中，细分模式不宜在电机高速运转时动态切换，否则会出现失步或错步等情况。一般应在电机停止或接近低速状态时，关闭EN引脚（切断驱动），切换MODE1/2/3引脚电平，再重新拉高EN引脚，让芯片在新的细分设置下启动。这样做可以通过硬件确保细分模式切换的平滑性，并避免因细分改变导致的运动不连续。

4. 电流限流与调整
   初次调试时，可将RSENSE电阻选用较大阻值（例如0.2Ω）并设置较小的限流阈值，以避免输出电流过大烧毁电机或芯片。待确认电机和驱动系统稳定后，可根据电机额定电流及实际应用需求，逐步减小RSENSE，从而提高可输出峰值电流。在调整过程中，可使用示波器监测AOUT与ISEN上的电流波形，以判断限流是否正常，当ISEN电压达到VREF限流阈值时，要观察到PWM占空比及时降低，验证保护机制的有效性。

5. 过热保护状态下的恢复
   如果在测试过程中出现过热保护导致的损失（芯片停止输出），并不意味着硬件故障。工程师应检查散热设计是否合理，例如散热铜箔面积是否足够、散热片是否与芯片贴合紧密、是否需要加装风扇等。同时，可以在TS引脚接入外部ADC，对芯片温度进行实时监测，并在温度过高时主动降低电机速度或电流，以延长芯片寿命。

6. 故障指示与系统监控
   当ERR引脚拉低或上拉状态发生时，应立即查询相应的故障类型。通过读取芯片寄存器或MCU判断逻辑，可判断是过流、过热还是欠压等原因导致的保护启动。此时应暂停电机运行，排查故障根源：

• 过流：检查电机是否被卡住或负载过大，是否需要更换更大功率的驱动器。

• 过热：检查散热路径和环境温度，增加散热器或改进风道。

• 欠压/过压：检查电源稳压模块、输入滤波器是否正常。

7. EMI调试与信号完整性
   在高速PWM切换下，输出端往往会辐射显著的高频噪声。调试时可使用频谱仪或示波器探头检测AOUT侧的EMI辐射，通过在电机线缆上增加Ferrite磁环或屏蔽层减少辐射。同时，可以在重要数字信号线上加RC滤波器（如10Ω + 100pF），并采用差分信号或双绞线来提高信号抗干扰能力。

8. 软件控制策略优化
   在三相步进电机或伺服电机项目中，常会使用加速/减速曲线来保护机械结构及电机本身。建议在MCU端编程实现S型加速曲线（S-curve）或线性加速曲线（Trapezoidal），而非直接以恒定频率启动，以减少机械冲击和电机共振。当电机在低速启动时，细分模式可设为较低，例如半步或1/4细分；当加速至某一速度后，再切换到更高细分模式，实现既保证低速扭矩又兼顾高速平滑的效果。

通过严格按照以上调试要点逐步进行检测、验证与优化，可以大幅降低开发过程中的不确定性，并为后续成品化量产打下坚实基础。

十、典型应用场景

凭借其高性能及多项保护功能，TB67H450FNG在各类需要精确步进控制的领域均得到了广泛应用。以下介绍几个典型的应用场景及其设计要点，供读者参考。

1. 3D打印机

• 设计要点：
  3D打印机对步进电机控制精度、平稳性和静音性要求较高。利用TB67H450FNG的1/16细分驱动，可以实现更细的喷嘴定位精度，提高打印质量。同时，通过自适应PWM算法降低振动，使打印头运动更加平滑。

• 应用示例：
  在XYZ三轴驱动中，每个轴分别配置一片TB67H450FNG，通过MCU控制各自的STEP和DIR信号，协同实现三维空间内的精密移动。在启动和停止时，通过软件实现缓启/缓停，以避免打印层错位。

2. CNC雕刻机

• 设计要点：
  CNC雕刻机需要在高速切削和低速精雕之间切换，对驱动器的快速响应性能和过载保护能力提出较高要求。TB67H450FNG的过流与过热保护功能可有效防止电机卡滞或负载过大时对驱动器造成损害。

• 应用示例：
  主控单元通常为工业级PLC或高性能嵌入式平台，通过G代码解析后生成脉冲序列，分别驱动X、Y、Z轴的步进电机。芯片在高速切换细分模式时，保持脉冲稳定性，并在软PLC一侧实现运动插补算法，提高加工精度与效率。

3. 自动化装配机器人

• 设计要点：
  装配机器人对多自由度机械臂关节的控制需要精确、快速的响应，以及较高的可靠性。TB67H450FNG能够支持多通道并行驱动，并通过I²C/SPI接口实现集中式编程管理，有助于系统集成与维护。

• 应用示例：
  机械手臂每个关节处配置一片驱动器，通过总线连接至主控板。主控板下发统一寻址指令，调整各关节细分等级与限流值，实现差动驱动和协调运动。在高频运动场景下，通过硬件保护机制保护关节电机不被过载或热失控所损坏。

4. 智能零售式货柜（Vending Machine）

• 设计要点：
  智能货柜常用步进电机控制转盘或推杆，要求驱动器具有低功耗和静止扭矩。TB67H450FNG在待机模式下静态电流仅数毫安，可将整机能耗降至最低。同时，通过细分在启动时降低震动，减少对货物的冲击。

• 应用示例：
  每排货道控制一个步进电机，驱动杆推出商品。MCU通过状态检测确定货道是否需要出货，再向驱动器发送有限步数的脉冲以准确到位。货物取出后，通过电流监测判定是否遗漏货物并触发二次推送或用户提示。

5. 生物医药仪器

• 设计要点：
  生物医药检测设备通常需要在极低振动和高可靠性环境下运行。TB67H450FNG自适应PWM电流控制可大幅减少谐波和机械振动，实现更精密的检测过程。过流过热保护保障在长时间运行时芯片稳定，避免因突发故障导致实验数据丢失。

• 应用示例：
  高通量液体搬运系统中的注射泵和管路驱动模块，通过细分驱动来实现微升级别的注射精度。驱动板与实验室主控计算机通信，实现参数化配置和实时监测。

通过以上典型应用场景的介绍，不难看出TB67H450FNG在精密控制与可靠性方面的优势，而这些优势正是其在各类行业领域中被广泛认可的原因。未来，随着工业4.0、智能制造以及物联网技术的不断发展，该芯片亦将迎来更多新兴应用。

十一、与其他驱动器对比分析

为了让工程师更好地理解TB67H450FNG的优势与适用范围，以下将其与业内几款主流双通道步进电机驱动器进行对比，并从电流能力、细分支持、保护功能以及性价比等方面进行综合分析。

1. 与A4988对比

• 电流能力：A4988最大支持2A连续电流，峰值可达2A左右；TB67H450FNG可提供最高4A峰值和2A连续电流。因此在高功率应用场景下，TB67H450FNG具有明显优势。

• 细分模式：A4988支持全步、半步、1/4、1/8、1/16细分；TB67H450FNG在此基础上还支持通过外部接口编程实现更灵活的细分切换，且PWM波形经优化接近正弦波形，能有效降低震动。

• 保护功能：A4988具备过热、欠压及过流保护；TB67H450FNG额外集成短路保护与更高效的过温保护机制，保护响应更迅速。

• 性价比：A4988价格相对低廉、应用广泛且门槛较低；TB67H450FNG虽然在成本上略高，但其更高的驱动能力和完善保护功能适合对性能要求更高的场景。

2. 与DRV8825对比

• 电流能力：DRV8825连续电流最大2.2A，峰值约4.5A（短时）；TB67H450FNG连续2A、峰值4A。两者在峰值电流方面相近，但TB67H450FNG在低RDS(on)和散热设计上稍占优势。

• 细分模式：DRV8825支持全步、半步、1/4、1/8、1/16、1/32细分；TB67H450FNG同样支持1/16细分模式，并且其自适应PWM算法输出的电流波形更平滑。若对更高分辨率（1/32）的需求，DRV8825或更合适。

• 保护功能：两者均具备欠压、过热与过流保护。但TB67H450FNG在欠流与过压保护上更为完善，并且支持多种故障锁定与报告机制。

• 接口与配置：DRV8825仅通过MODE引脚配置细分模式；TB67H450FNG除了MODE引脚外，还提供SPI/I²C接口，可实现在线编程和动态调整，适用于需要复杂运动控制的系统。

3. 与TMC2208/TMC2209对比

• 驱动能力：TMC2208连续电流可达1.2A，峰值2A；TMC2209连续2A，峰值ικαν2.8A；而TB67H450FNG连续2A、峰值4A，适合更大功率电机。

• 静音性能：TMC系列以静音驱动著称，采用StealthChop技术输出非常接近正弦波，噪声极低；TB67H450FNG虽然有自适应PWM优化，但静音效果略逊于TMC系列。

• 功能集成：TMC2208/2209集成了微步加速、SPI/UART接口以及多种诊断功能，但其价格相对较高且对散热较敏感；TB67H450FNG更加注重功率输出和保护功能的平衡，价格相对更加亲民。

• 典型应用：TMC更适合对噪声敏感且电机功率要求中等的场合；TB67H450FNG则更适合对功率和可靠性要求更高的工业/自动化场景。

通过与上述几款具有代表性的步进驱动器对比，不难看出TB67H450FNG在电流输出能力、保护机制和应用灵活性方面具有较大优势，尤其适合需要长时间稳定高电流输出以及对安全可靠性有较高要求的项目。同时，其相对合理的价位也使得整机成本与性能取得良好平衡。

十二、开发与评估板介绍

为方便工程师快速验证TB67H450FNG的性能，厂商及第三方芯片供应商通常会推出配套的开发与评估板。这些评估板一般集成了必需的外部元件，并提供标准化接口，工程师只需连接电源、信号以及待测电机即可进行功能验证。以下是TB67H450FNG评估板的典型功能与使用说明。

1. 评估板主要功能

• 集成电源滤波：评估板在VB输入端预置TVS二极管、EMI输入滤波器以及足量去耦电容，工程师无需额外布线即可获得稳定的电源环境。

• 逻辑接口板：评估板上提供了标准的STEP、DIR、EN、MODE、nSLEEP/nRESET与ERR引脚排针，并预留有跳线与拨码开关，可快速切换细分模式或使能状态。

• 电流采样板：采用易于调节的可变电位器+RSENSE电阻组合，用户可通过旋转电位器灵活设定限流电压。电流采样信号经放大后输出至标示口，便于示波器测试。

• 保护与状态指示：评估板上集成了LED指示灯，可同时显示过热、过流、欠压及短路等故障状态。也可以将ERR信号通过LED或蜂鸣器提示，帮助工程师快速定位问题。

• 可调电位器与电阻网络：部分评估板提供了几个可调电位器，用于设置VREF、PWM频率等参数，使用户可以在实验室环境下对多种工作模式进行调试。

2. 常见评估板型号与供应商

• 东芝官方EVM-TB67H450FNG评估板：含有顶层散热片，以及标准化的信号跳线布局，配有配套用户手册，详细介绍了评估板的连接方式与测试流程。

• 第三方开发板（如Pololu、SparkFun等）：部分第三方厂商推出了基于TB67H450FNG的引脚兼容板，可直接替换A4988或DRV8825的插座，方便在现有项目中升级驱动器。

• DIY开源社区板卡：在一些电子DIY社区，如GitHub、Hackaday等，可以找到开源的TB67H450FNG评估板设计文件，包括PCB Gerber文件和BOM清单，便于工程师自行制作和定制。

3. 评估板的使用步骤

• 硬件连接：首先确认评估板的VB、GND与外部电源连接正常，并确保电源电压在10V~50V之间。然后将步进电机的两组线圈分别连接至AOUT引脚。

• 逻辑信号接入：将MCU或信号发生器的STEP、DIR、EN、MODE、nSLEEP/nRESET引脚连接到评估板相应端口。若不使用某些功能（如细分选择），可将它们拉低或拉高到默认状态。

• 初始参数配置：在评估板上设置好限流电阻和PWM频率电位器，或者通过跳线选择好细分模式。将ERR信号通过LED或示波器监测，便于快速判断异常。

• 软件控制与调试：下载示例程序至MCU，通过串口或调试器尝试输出STEP脉冲，观察电机运行状态。与此同时，通过示波器监测ISEN引脚上的电流波形，确认PWM电流控制是否正常。

• 故障排除：若出现电机不转、或异常振动、或ERR引脚告警等情况，首先检查限流设置是否过低、散热片是否安装牢固、电源电压是否稳定、以及STEP/DIR信号是否有噪声。使用示波器逐一排查问题根源，待故障消除后再进行进一步参数调试。

通过评估板的使用，工程师可以在较短时间内验证TB67H450FNG在不同细分模式、电流设置和负载条件下的实际性能，为后续量产阶段的软件算法与硬件布局提供第一手数据支持。评估过程中，如需更改参数，可在评估板上直接进行硬件跳线或软件编程，快速迭代测试，极大提升开发效率。

十三、总结与展望

TB67H450FNG作为一款高性能双通道步进电机驱动器芯片，以其强大的输出能力、多重保护功能以及灵活的接口设计，在中高端运动控制领域占据了重要位置。在本文中，我们详细介绍了该芯片的概述、主要特性、内部结构与工作原理、引脚功能及描述、典型电气特性与规格、保护功能、应用电路设计、PCB布局与散热设计、使用注意事项与调试要点、典型应用场景、以及与其他主流驱动器的对比分析和评估板使用方法。希望通过全面且深入的分析与指导，帮助工程师在实际项目中能够快速选型、合理设计并顺利调试，从而缩短开发周期、提升产品的性能与可靠性。

未来，随着工业自动化、智能制造和精密仪器等领域对运动控制精度和可靠性要求的不断提高，对步进电机驱动器的性能需求也在不断演进。预计在以下几个方向上，TB67H450FNG及其后续产品可能会呈现新趋势：

• 更高分辨率与更低噪声：随着步进电机驱动算法的不断优化，以及内置电流波形插值与微步控制技术的升级，驱动器将能够实现比1/16更高的细分率，并进一步接近正弦电流，实现更低噪声和更平滑的运动。

• 更智能的保护与诊断功能：在未来的运动控制芯片中，将更多地引入自诊断、自学习功能，能够在系统运行中实时监测电机机械状态、电缆温度、振动以及运行环境因素，并通过数据分析提前预测可能的故障，做到预防性维护。

• 更低功耗与更小封装：随着工艺节点的持续进步，产业链将推出更小尺寸、更低功耗的驱动器芯片，使得在微型化无人机、纳米机器人等新兴领域应用中，可以以更小的物理尺寸获得更强的驱动性能。

• 集成化与模块化解决方案：为了节省PCB空间、简化系统设计，未来的驱动器可能将更多外部元件集成到芯片内部，例如电源滤波、RSENSE、甚至驱动器与微控制器的系统级封装（SoC），实现更为模块化的解决方案。

TB67H450FNG凭借其均衡的性能与成本优势、可靠的保护机制以及广泛的适用场景，已经成为当下业界备受青睐的一款步进电机驱动器。在持续发展的智能制造大潮中，针对更高精度、更高功率和更智能化的需求，该系列产品将不断演进，满足产业升级与技术革新的需求。对于硬件工程师和嵌入式开发者而言，掌握TB67H450FNG的应用要点、优化布局和调试技巧，将有助于在激烈的市场竞争中保持领先地位，不断迭代与优化运动控制方案，实现更高水平的产品创新与性能突破。