Texas Instruments TIOS102/TIOS102x数字传感器输出驱动器可配置为高侧、低侧或推挽式驱动器。这些器件能够承受高达1.2kV (500Ω) 的IEC 61000-4-5浪涌，并具有集成反向极性保护功能。Texas Instruments TIOS102/TIOS102x中的引脚可编程接口可轻松连接电路。输出电流限制可以使用外部电阻进行配置。具有故障报告和内部保护功能，用于应对欠压、过流和过热情况。

数据手册：*附件：Texas Instruments TIOS102，TIOS102x数字传感器输出驱动器数据手册.pdf

特性

• 宽电源范围运行
  • 电源电压：4.75V至36V（TIOS102、TIOS1023）
  • 电源电压：7V至36V (TIOS1025)
• PNP、NPN或推挽式可配置输出
• 确保功能安全
  • 可提供协助功能安全系统设计的文档
• 与TIOS101(x) 引脚兼容，性能更高
  • 低残余电压：200mA时为0.5V（典型值）
  • 主动驱动器电流限制功能
  • 改进了封装的散热性能
  • 驱动器转换率更慢，可减少过冲（最大750ns）
• 集成保护功能实现稳健的系统
  • 可配置的驱动器过流限制：50mA至350mA
  • 在V CC 、OUT和GND上的主动反极性保护高达65V
  • 过流、过热和UVLO故障的故障指示器
  • 大电感负载安全快速去磁
  • 扩展环境工作温度范围：-40°C至+125°C
• 在VCC和OUT上集成了EMC保护功能
  • IEC 61000-4-2 ESD接触放电：±8kV
  • ±4kV IEC 61000-4-4电气快速瞬变
  • IEC 61000-4-5浪涌：±1.2kV/500Ω
• 大电容负载驱动能力
  • 静态电源电流：<1.5mA（典型值）（禁用驱动器时）
• 集成LDO选项，可实现高达20mA电流
  • TIOS1023：3.3V LDO
  • TIOS1025：5V LDO
  • TIOS1023L (DSBGA)：可选3.3V/5V LDO输出
• 节省空间的超小型封装选项
  • 3mm x 3mm 10引脚VSON封装（与TIOS101引脚兼容）
  • 1.7mm x 2.45mm DSBGA封装

功能框图

德州仪器TIOS102(x)数字传感器输出驱动器技术解析

一、产品概述与核心特性

TIOS102和TIOS102x系列是德州仪器(TI)推出的高集成度数字传感器输出驱动器，具有集成浪涌保护功能的小型封装解决方案。该系列产品具有以下显著特性：

• ‌宽电压工作范围‌：
  • TIOS102/TIOS1023：4.75V至36V
  • TIOS1025：7V至36V
• ‌灵活输出配置‌：支持PNP、NPN或推挽式可配置输出
• ‌功能安全支持‌：提供完整的文档支持功能安全系统设计
• ‌增强保护特性‌：
  • 可配置驱动过流限制(50mA至350mA)
  • 高达65V的VCC/OUT/GND引脚主动反极性保护
  • 过流、过温和欠压锁定(UVLO)故障指示器
  • 支持大电感负载的安全快速消磁
• ‌EMC性能优异‌：
  • ±8kV IEC 61000-4-2 ESD接触放电
  • ±4kV IEC 61000-4-4电快速瞬变
  • ±1.2kV/500Ω IEC 61000-4-5浪涌

二、关键电气参数

2.1 电源规格

• ‌静态电流‌：禁用驱动器时典型值1.5mA
• ‌输出驱动能力‌：
  • 高边/低边导通电阻：2.5Ω(典型值)
  • 200mA时残余电压：0.5V(典型值)
• ‌LDO选项‌：
  • TIOS1023：集成3.3V LDO(最大20mA)
  • TIOS1025：集成5V LDO(最大20mA)
  • TIOS1023L(DSBGA)：可选的3.3V/5V LDO输出

2.2 保护特性参数

• ‌过流保护‌：通过外部电阻可调(35mA至500mA)
• ‌温度保护‌：
  • 警告阈值：125°C
  • 关断阈值：150°C(典型值)
• ‌UVLO阈值‌：
  • TIOS102/TIOS1023：4.4V(典型值)
  • TIOS1025：6.3V(典型值)

三、封装与引脚配置

3.1 封装选项

• ‌VSON-10‌：3mm×3mm(与TIOS101引脚兼容)
• ‌DSBGA-12‌：2.45mm×1.7mm(超小型封装)

3.2 关键引脚功能

1. ‌VCC_OUT/VCC_IN‌：
   • TIOS1023/TIOS1025：3.3V/5V LDO输出
   • TIOS102：外部逻辑电源输入
2. ‌NFAULT‌：故障指示输出，需通过上拉电阻连接至VCC_IN/OUT
3. ‌IN‌：来自控制器的传输数据输入，内部弱上拉
4. ‌EN‌：驱动器使能输入，内部弱下拉
5. ‌ILIM_ADJ‌：通过外部电阻RSET设置电流限制
6. ‌OUT‌：驱动器输出，支持高边/低边/推挽配置

四、典型应用设计

4.1 电流限制配置

通过ILIM_ADJ引脚的外部电阻可精确设置输出电流限制：

• RSET=10kΩ时：300mA(典型值)
• RSET=110kΩ时：35mA(典型值)
• 引脚悬空：260mA固定限制
• 引脚接地：500mA最大驱动能力

计算公式：
IO(LIM) = K/RSET，其中K为器件特定常数

4.2 保护电路设计

1. ‌反极性保护‌：
   • 集成保护电路可耐受VCC/OUT/GND引脚上高达65V的反向电压
   • 无需外部二极管即可实现全保护
2. ‌电感负载处理‌：
   • 内部集成±15V钳位电路
   • 消磁时间常数τ=L/R，建议R>VCC/IO(LIM)
3. ‌容性负载驱动‌：
   • 最大容性负载CLOAD ≤ (IO(LIM)×tSC)/VVCC
   • 对于大容性负载，建议ILIM_ADJ悬空以避免误触发

4.3 热管理考虑

总功耗计算：
PD = PDLDO + PDOP = (VVCC-VVCC_OUT)×IVCC_OUT + VDS(ON)×IOUT

结温估算：
TJ = TA + PD×θJA
其中θJA：

• VSON封装：45.9°C/W
• DSBGA封装：79.3°C/W

五、功能模式详解

5.1 NPN模式(低边开关)

• 配置：IN=高/悬空，EN作为开关控制
• 特点：OUT下拉至GND，适合驱动接地负载

5.2 PNP模式(高边开关)

• 配置：IN=低，EN作为开关控制
• 特点：OUT上拉至VCC，适合驱动电源侧负载

5.3 推挽模式

• 配置：EN=高，IN作为方向控制
• 特点：可实现双向驱动，适合需要快速切换的应用

六、布局指南

1. ‌PCB层叠建议‌：
   • 4层板最优，层1：信号，层2：GND，层3：VCC，层4：VCC_IN/OUT
2. ‌去耦电容布置‌：
   • VCC引脚：100nF/100V陶瓷电容(靠近器件)
   • VCC_OUT引脚：1μF/10V陶瓷电容
3. ‌热设计‌：
   • 将散热焊盘通过多个过孔连接至GND平面
   • 对于高功率应用，考虑增加铜面积或散热器
4. ‌布线原则‌：
   • 保持功率回路面积最小化
   • 避免信号线与功率线平行走线