德州儀器 TPS6012x 和 TPS6013x 評估模塊使用指南

一、引言

在電子設(shè)計領(lǐng)域，高效的電壓轉(zhuǎn)換器是眾多項目的核心組件。德州儀器（TI）的 TPS60120 和 TPS60130 電荷泵作為調(diào)節(jié)式、高效率的直流 - 直流轉(zhuǎn)換器，為設(shè)計師們提供了可靠的電壓轉(zhuǎn)換解決方案。為了幫助設(shè)計師更好地評估這兩款器件，TI 推出了對應(yīng)的評估模塊（EVM），即 TPS60120EVM - 142 和 TPS60130EVM - 143。

文件下載：TPS60120EVM-142.pdf

二、器件特性

輸出參數(shù)

• TPS60120：輸出電壓為 3.3 V。當(dāng)輸入電壓在 2 V 至 3.6 V 時，最大輸出電流為 200 mA；當(dāng)輸入電壓在 1.8 V 至 2 V 時，最大輸出電流為 100 mA。
• TPS60130：輸出電壓為 5 V。當(dāng)輸入電壓在 3 V 至 5.4 V 時，最大輸出電流為 300 mA；當(dāng)輸入電壓在 2.7 V 至 3 V 時，最大輸出電流為 150 mA。

工作模式

這兩款器件可根據(jù)輸入電壓，工作在電壓倍增器模式或 1.5 倍模式，因此具有較高的效率。更多詳細(xì)信息可參考對應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊（文獻(xiàn)編號 SLVS257 對應(yīng) TPS60120，SLVS258 對應(yīng) TPS60130）。

外部元件

這兩款電荷泵最少需要四個外部電容器。為了實現(xiàn)優(yōu)化性能，EVM 中 TPS60120 使用了六個外部電容器，TPS60130 使用了五個外部電容器。此外，還在 LBI 和 LBO 處添加了額外的電阻和電容。通過給定的電阻值，當(dāng) TPS60120 的輸入電壓 (V{IN}) 為 2 V 或更低，以及 TPS60130 的輸入電壓 (V{IN}) 為 3 V 或更低時，LBO 輸出會發(fā)出低信號。若要為其他輸入電壓范圍選擇電阻值，可參考數(shù)據(jù)手冊。

電容選擇

飛行電容必須使用陶瓷電容，因為它們需要快速充電和放電，所以要求具有較低的等效串聯(lián)電阻（ESR）。鉭電容由于其電容值會隨頻率增加而減小，無法處理如此高的頻率。

通用性

TPS60120 和 TPS60130 EVM 板還可用于評估該系列的其他器件（如 TPS60121、TPS60122、TPS60123、TPS60131、TPS60132 和 TPS60133）。為此，只需將集成電路和電容 C1 至 C4（見第二章）替換為數(shù)據(jù)手冊中推薦的值。對于具有電源良好（PG）功能的器件，LBI 電阻可以移除，但并非必需。LBO 上拉電阻可作為 PG 上拉電阻，LBO 焊盤提供 PG 信號。

三、評估模塊原理圖

整體情況

TPS60120 和 TPS60130 的兩個 EVM 原理圖相同，不同之處在于集成電路本身以及外部元件的值（具體可參考表 2 - 1 和表 2 - 2）。

元件參數(shù)

TPS60120 EVM 元件參數(shù)

TPS60130 EVM 元件參數(shù)

電阻與電容作用

電阻 R1/R2 用于調(diào)整 LBI 輸入的輸入電壓，以便進(jìn)行低電池檢測，該電壓會與 1.21 V 的內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較。電容 C7 作為 LBI 輸入電壓的濾波電容，建議使用該電容是因為在 LBI 比較器的切換點，輸入處的噪聲可能會觸發(fā) LBO，從而導(dǎo)致 LBO 引腳出現(xiàn)振蕩。由于 LBO 輸出是開漏輸出，因此需要一個外部上拉電阻（R3）。在不需要低電池檢測的應(yīng)用中，可以省略這四個元件。

連接器

• 輸入輸出連接器：板上有兩個六針連接器，用于輸入和輸出電壓。每個連接器的前三個引腳用于電源（In 或 Out），后三個引腳用于接地（GND）信號。
• 使能連接器：三針連接器可用于連接器件的 ENABLE 引腳。連接器的第一個引腳為電源（In）信號，第二個引腳為邏輯信號，第三個引腳為接地（GND）信號。可以使用跳線將該引腳連接到輸入（電源電壓）或接地，以開啟或關(guān)閉器件。也可以使用外部信號源并將其連接到第二個引腳來連接任何其他信號。ENABLE 引腳是 CMOS 邏輯電平輸入，電平規(guī)格可參考數(shù)據(jù)手冊。連接到邏輯引腳的信號值可以高于電源電壓，但不得超過最大額定值（見數(shù)據(jù)手冊）。將邏輯低電平應(yīng)用于 ENABLE 輸入會關(guān)閉器件，并將輸出與輸入斷開。在這種狀態(tài)下，電源電流會降至 0.05 μA。對于正常操作，應(yīng)分別將 ENABLE 信號連接到輸入電壓或邏輯高電平。

四、評估模塊布局

布局特點

評估模塊的組件和所有信號都僅放置在印刷電路板（PCB）的頂層。為了提供最佳性能，底層是一個實心接地平面（僅被一些過孔中斷）。圖 2 - 1 和圖 2 - 2 展示了組件的放置和 EVM 的布局。表 2 - 1 和表 2 - 2 包含了放置在 EVM 上的所有電容和電阻的值及描述。

空間需求

EVM 上集成電路和電容所需的空間約為 (15 mm × 16 mm = 240 mm^{2})。

五、評估模塊設(shè)置

操作步驟

為了使 EVM 正常工作，需遵循以下步驟：

1. 使能輸入設(shè)置：確保 ENABLE 輸入已正確跳線或連接到外部源。
2. 負(fù)載連接：在輸出端（GND 和 Out 之間）連接負(fù)載。
   • TPS60120：當(dāng) (V{IN}) 在 2 V 至 3.6 V 之間時，負(fù)載電阻應(yīng)大于 16.5 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 200 mA 之間；當(dāng) (V{IN}) 在 1.8 V 至 2 V 之間時，負(fù)載電阻應(yīng)大于 33 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 100 mA 之間。
   • TPS60130：當(dāng) (V{IN}) 在 3 V 至 5.4 V 之間時，負(fù)載電阻應(yīng)大于 16.7 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 300 mA 之間；當(dāng) (V{IN}) 在 2.7 V 至 3 V 之間時，負(fù)載電阻應(yīng)大于 33.4 Ω 或負(fù)載電流在 0 mA 至 150 mA 之間。
3. 電源連接：將具有適當(dāng)電壓的直流電源（或電池組）連接到輸入（In）和接地（GND）之間。
   • TPS60120：輸入電壓范圍為 1.8 V 至 3.6 V。
   • TPS60130：輸入電壓范圍為 2.7 V 至 5.4 V。

六、總結(jié)

德州儀器的 TPS6012x 和 TPS6013x 電荷泵評估模塊為設(shè)計師提供了一個便捷的平臺，用于評估這些高效電壓轉(zhuǎn)換器的性能。通過合理設(shè)置和使用 EVM，設(shè)計師可以更好地了解器件的特性，為實際項目的設(shè)計提供有力支持。大家在使用過程中，是否遇到過類似評估模塊的使用難題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和問題。