TPS60101应用于低功耗手持式设定器的电源设计方案

TPS60101是一种专为低功耗系统设计的电荷泵直流稳压芯片，其高效的性能和灵活的设计使得它成为手持式设定器等低功耗设备的理想电源解决方案。以下将详细介绍TPS60101在低功耗手持式设定器中的应用，包括主控芯片的型号及其在设计中的作用。

一、TPS60101性能特点

TPS60101由Texas Instruments（TI）公司推出，具备以下主要特点：

1. 高效率：电荷泵效率最高可达90%，有效降低功耗。

2. 宽输入电压范围：1.8~3.6V均可正常工作，适用于不同类型的电池供电。

3. 稳压效果好：输出电压波动小于5mV，提供3.3V±4%的稳压输出。

4. 低漏电流：工作附加电流为50μA，关断漏电流为0.05μA，进一步降低待机功耗。

5. 体积小：采用微型TSSOP贴片封装，减小应用电路体积，提高集成度。

6. 外围元件少：无需谐振线圈等器件，仅需少量外围元件，简化电路设计。

二、主控芯片型号及其在设计中的作用

在手持式设定器的设计中，主控芯片的选择至关重要。它不仅决定了设备的整体性能，还直接影响电源管理方案的设计。以下是一些常用的主控芯片型号及其在设计中的作用：

1. 8051内核单片机

• 型号：例如AT89C51、STC89C52等。

• 作用：作为系统的中心控制器，负责数据处理、指令执行、通信接口控制等功能。

• 与TPS60101的配合：TPS60101为单片机提供稳定的3.3V电源，确保单片机在低功耗模式下稳定工作。单片机通过控制TPS60101的ENABLE引脚，实现电源的开启和关闭，从而进一步降低系统功耗。

2. ARM Cortex-M系列单片机

• 型号：例如STM32F103、NXP LPC1768等。

• 作用：提供更高的处理速度和更低的功耗，适用于复杂的数据处理和实时控制任务。

• 与TPS60101的配合：TPS60101同样为ARM Cortex-M系列单片机提供稳定的电源供应。通过单片机的GPIO引脚控制TPS60101的使能信号，实现电源的动态管理。此外，ARM Cortex-M系列单片机还支持低功耗模式（如Sleep模式和Stop模式），与TPS60101的低功耗特性相结合，可以进一步延长设备的待机时间。

3. MSP430系列单片机

• 型号：例如MSP430G2553、MSP430F5529等。

• 作用：专为低功耗应用而设计，具有极低的功耗和强大的功能。

• 与TPS60101的配合：MSP430系列单片机与TPS60101的配合使用，可以进一步优化系统的功耗。TPS60101为MSP430提供稳定的电源，而MSP430则通过其内部的低功耗模式和电源管理功能，实现电源的有效利用。此外，MSP430系列单片机还支持多种通信接口（如UART、SPI、I2C等），方便与外设进行数据传输和控制。

三、TPS60101在手持式设定器中的应用设计

在设计手持式设定器的电源管理方案时，TPS60101的应用设计是关键。以下将详细介绍TPS60101在手持式设定器中的应用设计，包括电路设计、引脚配置和功能实现等方面。

1. 电路设计

• 输入电源：通常使用两节电池作为输入电源，电压范围为1.8~3.6V。

• 输出电源：TPS60101提供稳定的3.3V输出，用于给单片机及其他外设供电。

• 外围元件：包括电解电容、电阻、电感等，用于滤波和稳压。

• 散热设计：TPS60101采用TSSOP贴片封装，底部集成了散热片，可直接与印制板相连，提高散热性能。

2. 引脚配置

• COM引脚：用于选择电荷泵的工作模式。COM接地为推挽模式，接高电平为单端模式。推挽模式可以获得更好的稳压效果，但需要外接更多的电容；单端模式则适用于对电路体积要求严格的情况。

• SYNC引脚：用于选择同步时钟源。SYNC接低电平使用片内振荡器产生的同步时钟信号，SYNC接高电平使用外部同步时钟信号。在需要同步干扰的场合，可以使用外部时钟同步方式。

• 3V8引脚：用于选择输出电压。3V8接低电平为标准3.3V输出，接高电平为预置3.8V输出。在一般应用场合，应使用标准3.3V输出。

• ENABLE引脚：用于控制电源的开启和关闭。通过单片机的GPIO引脚控制ENABLE引脚，实现电源的动态管理。

3. 功能实现

• 电源管理：TPS60101通过其内部的电荷泵电路，将输入电压转换为稳定的3.3V输出。单片机通过控制ENABLE引脚，实现电源的开启和关闭，从而进一步降低系统功耗。

• 软电源开关：在手持式设定器中，可以设计软电源开关功能。当设备未接收到外部输入时，单片机通过控制TPS60101的ENABLE引脚，将系统其他模块电源关断，进入休眠状态；当设备接收到外部输入时，单片机从休眠状态中恢复，重新开启电源。

• 自动关机：为了延长设备的待机时间，可以设计自动关机功能。当设备在一定时间内未接收到任何操作时，单片机自动将系统电源关断。

四、实际案例分析

以下是一个基于TPS60101的低功耗手持式设定器的实际案例分析。

1. 系统概述

   该手持式设定器是一种具有RS-485通讯功能的手持设备，支持MODBUS协议。通过RS-485现场总线对现场远程采集控制模块等仪表设备进行现场参数检测和设定。设备采用电池供电，要求低功耗、高性能和微型化设计。

2. 电源管理方案

   在电源管理方案中，采用TPS60101作为系统电源芯片。TPS60101提供稳定的3.3V输出，用于给单片机及其他外设供电。通过单片机的GPIO引脚控制TPS60101的ENABLE引脚，实现电源的动态管理。此外，还设计了软电源开关和自动关机功能，以进一步降低系统功耗。

3. 电路设计

   电路设计方面，采用两节电池作为输入电源，通过TPS60101转换为稳定的3.3V输出。外围元件包括电解电容、电阻和电感等，用于滤波和稳压。散热设计方面，利用TPS60101底部的散热片与印制板相连，提高散热性能。

4. 软件设计

   软件设计方面，单片机通过控制TPS60101的ENABLE引脚，实现电源的动态管理。同时，还设计了软电源开关和自动关机功能的实现逻辑。当设备未接收到外部输入时，单片机将系统其他模块电源关断，进入休眠状态；当设备接收到外部输入时，单片机从休眠状态中恢复，重新开启电源。此外，还设计了RS-485通讯协议的实现逻辑，用于与现场远程采集控制模块等仪表设备进行数据通信。

5. 测试结果

   经过测试，该手持式设定器在低功耗模式下工作稳定，电池寿命得到了显著提高。同时，RS-485通讯功能正常，能够准确地对现场远程采集控制模块等仪表设备进行参数检测和设定。

五、结论

TPS60101作为一种高效的电荷泵直流稳压芯片，具有低功耗、高效率、宽输入电压范围等优点，非常适合用于手持式设定器等低功耗设备的电源管理方案。通过合理的电路设计和软件控制，可以实现电源的动态管理，进一步降低系统功耗，延长设备待机时间。同时，TPS60101还提供了灵活的引脚配置和强大的功能实现能力，为设计者提供了更多的选择和便利。