MAX6958：高效2线接口LED显示驱动方案解析

MAX6958/MAX6959：高效2线接口LED显示驱动方案解析

在电子设备的显示系统设计中，LED显示驱动芯片起着至关重要的作用。今天，我们就来详细探讨一下MAXIM公司推出的MAX6958/MAX6959 2线接口、3V至5.5V、4位9段LED显示驱动芯片，它不仅能驱动多种LED显示组合，还具备按键扫描等实用功能。

文件下载：MAX6958.pdf

芯片概述

MAX6958/MAX6959是紧凑型复用共阴极显示驱动器，通过(SMBus ^{TM})和I²C兼容的2线串行接口，可将微处理器与七段数字LED或离散LED连接起来。其2线串行接口采用固定的0.8V/2.1V逻辑阈值，当显示驱动器由5V电源供电时，能与2.5V和3.3V系统兼容。

驱动能力

• 可驱动多达四个带小数点的7段数字，外加四个离散LED；若不使用数字的小数点，则可驱动四个7段数字和八个离散LED；还能驱动多达36个离散LED。
• MAX6959还包含两个输入端口，可配置为按键开关读取器，自动扫描并消抖多达八个开关。

芯片特性

• 接口与电源：具备400kbps的2线串行接口，工作电压范围为3V至5.5V。
• 驱动性能：能驱动共阴极LED数字，提供23mA的恒定电流LED段驱动，采用十六进制解码/无解码数字选择。
• 亮度控制：拥有64级数字亮度控制，可灵活调节显示亮度。
• 抗干扰设计：段驱动器采用压摆率限制，有效降低EMI。
• 按键处理：MAX6959可对多达八个开关进行消抖处理，具备n键翻转功能，按键输入消抖时还有IRQ输出。
• 低功耗模式：具有20µA的低功耗关机模式，数据可保留。
• 温度范围：适用于 -40°C至 +125°C的汽车温度范围。
• 封装形式：提供16引脚PDIP和QSOP封装。

电气特性

绝对最大额定值

参数	额定值
V +、SCL、SDA电压	-0.3V至 +6V
其他引脚电压	-0.3V至 (V + + 0.3V)
DIG0/SEG0 - DIG3/SEG3灌电流	275mA
DIG0/SEG0 - SEG9源电流	30mA
SCL、SDA、INPUT1、INPUT2电流	20mA
16引脚QSOP连续功耗 ( (T_{A}=+70^{circ} C) )	667mW（70°C以上以8.34mW/°C降额）
16引脚DIP连续功耗 ( (T_{A}=+70^{circ} C) )	842mW（70°C以上以10.5mW/°C降额）
工作温度范围	-40°C至 +125°C
结温	+150°C
存储温度范围	-65°C至 +150°C
引脚焊接温度 (10s)	+300°C

DC电气特性

包含工作电源电压、关机电源电流、工作电源电流、显示扫描速率、按键扫描消抖时间、段驱动源电流、段电流压摆率、段驱动电流匹配等参数，在不同条件下有相应的典型值和最值。

时序特性

规定了串行时钟频率、总线空闲时间、保持时间、建立时间等参数，确保数据传输的准确性和稳定性。

典型工作特性

通过一系列图表展示了按键扫描消抖时间与温度、扫描速率与温度、扫描速率与电源电压、段源电流与电源电压等关系，为工程师在不同工作条件下的设计提供参考。

引脚描述

引脚编号	MAX6958引脚名	MAX6959引脚名	功能
1	SDA	SDA	串行数据输入/输出
2	SCL	SCL	串行时钟输入
3	SEG9	IRQ/SEG9	段输出或中断输出
4 - 7、11 - 15	DIGX, SEGX	DIGX, SEGX	数字和段驱动器
8	GND	GND	接地
9	N.C.	INPUT1	通用输入端口1
10	N.C.	INPUT2	通用输入端口2
16	V +	V +	正电源电压

详细功能解析

显示连接方案

MAX6958/MAX6959可采用多种显示连接方式，如连接四个单数字显示器、两个双数字显示器等，还能处理双色单数字显示器。其包含七段显示的十六进制字体映射，可直接控制七段LED数字或使用十六进制字体。

串行接口

作为从设备，通过2线接口发送和接收数据，使用串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）实现主从设备间的双向通信。每次传输包括起始条件、7位从地址加R/W位、1个或多个数据字节和停止条件。

寄存器功能

• 数字类型寄存器：包括四个数字寄存器和一个段寄存器，用于存储显示数据，每个位控制一个段的状态。
• 解码模式寄存器：设置每个数字的十六进制解码或无解码操作，可灵活组合。
• 配置寄存器：用于进入和退出关机模式、检查设备类型和全局清除数字数据。
• 扫描限制寄存器：设置显示的数字数量，同时限制可扫描的按键数量。
• 强度寄存器：通过内部脉冲宽度调制器提供数字控制的显示亮度。
• 端口配置寄存器（MAX6959）：配置INPUT1、INPUT2和IRQ/SEG9端口的功能。
• 按键消抖寄存器（MAX6959）：显示哪些按键已被消抖检测到。
• 按键按下寄存器（MAX6959）：显示哪些按键在最后一次测试中被按下。
• 显示测试寄存器：可使所有LED亮起，用于测试显示功能。

按键扫描（MAX6959）

MAX6959的两个输入端口可作为通用逻辑输入或进行自动按键扫描。按键扫描电路利用LED的共阴极驱动器输出作为按键扫描驱动器，最多可扫描八个按键。每个按键连接到INPUT1或INPUT2时，若有多个按键连接，需使用小信号二极管防止短路。

应用信息

驱动双色LED

将双色数字视为两个单色数字进行处理，可实现红、绿或橙色显示。

低电压操作

在4.5V至5.5V电源电压下，可保证为2.4V（或更低）LED提供23mA的段电流；在3V电源电压下，可为2V（或更低）LED提供至少15.5mA的段电流。

功率耗散计算

可通过公式 (P{D}=(V+× I+)+(V+-V{LED })(DUTY × I_{SEG} × N)) 计算芯片的上限功率耗散。

电源供应

使用单个3V至5.5V电源供电，需在V +与GND之间靠近设备处旁路一个0.1µF的电容，若芯片远离电路板输入的大容量去耦电容，还需额外旁路一个10µF的电容。

总结

MAX6958/MAX6959以其丰富的功能、良好的电气特性和广泛的应用适应性，为电子工程师在LED显示驱动设计中提供了一个优秀的解决方案。无论是在消费电子、工业控制还是汽车电子等领域，都能发挥重要作用。希望本文能帮助工程师更好地理解和应用这两款芯片，在实际设计中取得理想的效果。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。