探索Microchip MTCH650/2：可编程电压升压芯片的卓越性能与应用

在电子设计领域，寻找一款性能卓越、功能丰富且易于使用的电压升压芯片并非易事。Microchip的MTCH650/2系列产品无疑是一个值得关注的选择。今天，我们就来深入了解一下这两款芯片的特点、功能以及应用场景。

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产品概述

MTCH650和MTCH652是Microchip推出的两款可编程电压升压芯片，它们在设计上各有侧重，但都具备出色的性能和广泛的应用前景。MTCH652是一款紧凑型升压转换器，拥有多达19个电平转换器，为驱动高压（HV）输出提供了便捷的解决方案。而MTCH650则是一款线路驱动器设备，具备21个电平转换器。

关键特性

1. 高电压I/O线：MTCH652有19条高电压I/O线，MTCH650则有21条，能够满足不同的应用需求。
2. 内置升压功能：MTCH652内置升压电路，可生成可选的高电压输出；MTCH650虽无内置升压电路，但可外接升压电压设备。
3. 宽输入电压范围：两款芯片的输入电压范围均为1.8V至5.5V，适应多种电源环境。
4. 低功耗：静态电流小于200μA，关机电流典型值为1.5μA，有效降低功耗。
5. 高输出电流：MTCH652在VIN = 3.6V和VOUT = 12V时，输出电流可达50mA；MTCH650输出电流可达100mA，且每个OUTxx通道为5mA。
6. 可选择输出电压和电流限制：用户可根据需求选择不同的输出电压（6V、8V、10V、12V、14V、16V和18V）和电流限制。
7. 高速SPI接口：最高支持1MHz的SPI接口，方便与其他设备进行通信。
8. 输出使能（OE）独立于SPI接口：可独立控制输出，提高系统的灵活性。

工作原理与功能模块

电源复位（POR）

芯片内置的POR电路会使设备处于复位状态，直到VDD达到VPOR。当POR激活时，所有锁存器都会被清除；当VDD低于VPOR时，内部移位寄存器将复位为全‘0’。

串行接口

通过串行接口，可在运行过程中对MTCH650/2进行配置。时钟和串行数据流用于配置一个3字节宽的移位寄存器，然后使用锁存使能（LE）输入锁存所需的数据。

• 加载数据：移位寄存器为3字节宽，数据从右向左移位，必须以MSB优先、LSB最后顺序输入。数据字用于选择哪些HV输出（OUTxx）将随输出使能（OE）循环，配置字则用于设置关机状态、升压电压、电流限制等选项。
• 配置字：通过将数据流的LSB设置为‘0’来选择配置字，可在用户模式下选择MTCH652的输出电压和电流限制。
• 数据字：由3字节数据组成，用于设置MTCH650的21个输出引脚或MTCH652的19个输出引脚的高低电平。

电压升压接口（仅MTCH652）

MTCH652的电压升压电路通过调制输入信号结合外部电感和电容，从VDD生成可选的高电压。

• 升压连接：输入包括OSCIN（调制输入信号）、VOUT<2:0>（3位输出电压选择设置）、ILIM<1:0>（2位电流限制设置）和VPPIN（HV输入）；输出包括VPP（升压电路的HV输出）和LC（升压电路的外部电感和电容连接）。
• 升压操作：正常操作时，OSCIN调制内部开关晶体管的栅极，在LC中积累能量并提高VPP。内部电路根据VOUT<2:0>和ILIM<1:0>的配置调节升压电压。
• 软启动：升压电路具备自动软启动功能，可防止高初始浪涌电流拉低电源，在初始16384个OSCIN周期或约16ms（1MHz OSCIN频率）内将电流限制在约200mA。
• VPP放电：当VOUT<2:0>的值变为较低电压且电路处于活动状态时，VPP放电晶体管将被启用，直到达到新的较低VOUT值。

应用信息

电容选择

• 输入电容：使用输入旁路电容可减少从输入电源汲取的峰值电流瞬变，并降低升压产生的开关噪声。通常，1μF至10μF的陶瓷低ESR X5R或X7R电容是可接受的选择。
• 输出电容：输出电容有助于在突然的负载瞬变期间提供稳定的输出电压，并减少输出电压纹波。同样，X5R和X7R陶瓷电容适用于此应用，典型值为1μF至10μF。

电感选择

MTCH652可与小型表面贴装电感配合使用，典型电感值为1μH至10μH。选择电感时，需考虑最大额定电流、饱和电流和铜电阻（ESR）等参数。推荐初始评估使用2.2μH的电感。

PCB布局

在PCB布局时，应采用合理的布线技术。对于高电流路径，应使用短而宽的走线。输入和输出电容应尽可能靠近MTCH652放置，以最小化环路面积。HV输出应远离开关节点和开关电流环路，必要时可使用接地平面和走线来屏蔽反馈信号，减少噪声和磁干扰。

应用示例

MTCH650/2的设置和使用非常简单，只需配置配置字和数据字即可。以MTCH652与PIC®微控制器的典型应用为例，介绍其连接和初始化步骤：

连接

从主机端驱动MTCH650/2需要以下引脚：PWM（仅MTCH652）、OE、LE、SDO（串行数据输出）和SCLK（串行数据时钟输出）。

初始化

1. 将主机上用于OE和LE功能的I/O端口配置为输出，并将OE置低，LE置高。
2. 配置主机SPI端口为1MHz或等效的位操作功能，并创建一个将位掩码发送到MTCH650/2的函数。
3. 主机发送命令将MTCH650/2的配置字设置为默认值。
4. （仅MTCH652）配置主机PWM在正确的I/O引脚输出，建议PWM初始频率为500kHz，占空比为70%，后续可根据需要调整参数以优化效率和纹波。

电气规格

绝对最大额定值

• 环境温度：-40°C至+85°C（偏置下）
• 存储温度：-65°C至+150°C
• 引脚电压：不同引脚有不同的电压限制，如VDD引脚为-0.3V至+6.0V，LC、VPP、OUTxx引脚为-0.3V至24V等。
• 总功耗：UQFN封装在环境温度TA = 25°C时为2W，SOIC封装在TA = 25°C时为1.4W。
• 最大电流：不同引脚有不同的最大电流限制，如VSS引脚最大电流为1.5A，VDD引脚最大电流为250mA等。

标准工作条件

• 工作电压：VDD范围为1.8V至5.5V。
• 工作温度：工业温度范围为-40°C至+85°C。

DC特性

包括电源电压、待机电流、电源电流、上电复位释放电压等参数。

模拟和AC特性

涵盖串行接口时序要求、MTCH652电压升压和时序以及模拟特性等方面的参数。

典型性能曲线

文档中提供了一系列典型性能曲线，如典型PWM波形、OE与OUT00的关系、升压VPP的变化和放电情况、VPP和OUT00的纹波等。这些曲线为设计提供了参考，但需注意它们是基于有限样本的统计总结，不保证测试或性能。

封装信息

MTCH650/2提供28引脚的SOIC、SSOP和UQFN（4x4）三种封装类型。文档详细介绍了每种封装的标记信息和技术细节，包括尺寸、引脚间距、推荐焊盘尺寸等。

总结

Microchip的MTCH650/2系列芯片以其丰富的功能、出色的性能和灵活的配置，为电子工程师在电压升压和电平转换应用中提供了可靠的解决方案。无论是在工业控制、传感器驱动还是其他需要高电压输出的领域，MTCH650/2都能发挥重要作用。在实际应用中，工程师们需根据具体需求合理选择芯片，并注意电容、电感的选择和PCB布局，以确保系统的稳定性和性能。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。