ZHCSAS1G May   2012  – June 2017 TPS65381-Q1

PRODUCTION DATA.  

  1. 1 器件概述
    1. 1.1 特性
    2. 1.2 应用
    3. 1.3 说明
    4. 1.4 典型应用图
  2. 2 修订历史记录
  3. 3 引脚配置和功能
  4. 4 规格
    1. 4.1 绝对最大额定值
    2. 4.2 ESD 额定值
    3. 4.3 建议运行条件
    4. 4.4 热性能信息
    5. 4.5 电气特性
    6. 4.6 时序要求
    7. 4.7 开关特性
    8. 4.8 典型特性
  5. 5 详细 说明
    1. 5.1 概述
    2. 5.2 功能框图
    3. 5.3 功能 说明
      1. 5.3.1 VDD6 降压开关模式电源
      2. 5.3.2 VDD5 线性稳压器
      3. 5.3.3 VDD3/5 线性稳压器
      4. 5.3.4 VDD1 线性稳压器
      5. 5.3.5 VSOUT1 线性稳压器
      6. 5.3.6 电荷泵
      7. 5.3.7 唤醒
      8. 5.3.8 复位延长
    4. 5.4 器件功能模式
      1. 5.4.1  上电和断电行为
      2. 5.4.2  安全功能和诊断概述
      3. 5.4.3  电压监控器 (VMON)
      4. 5.4.4  TPS65381-Q1 内部错误信号
      5. 5.4.5  时钟丢失监控器 (LCMON)
      6. 5.4.6  模拟内置自检 (ABIST)
      7. 5.4.7  逻辑内置自检 (LBIST)
      8. 5.4.8  结温监控和电流限制
      9. 5.4.9  诊断多路复用器和诊断输出引脚 (DIAG_OUT)
        1. 5.4.9.1 模拟多路复用器 (AMUX)
        2. 5.4.9.2 数字多路复用器 (DMUX)
        3. 5.4.9.3 诊断多路复用器输出状态（通过 MUX_OUT 位）
        4. 5.4.9.4 多路复用器互连检查
      10. 5.4.10 看门狗计时器 (WD)
      11. 5.4.11 看门狗失效计数器、状态和失效事件
      12. 5.4.12 看门狗序列
      13. 5.4.13 MCU 与看门狗的同步
      14. 5.4.14 触发模式（默认模式）
      15. 5.4.15 Q&A 模式
        1. 5.4.15.1 看门狗 Q&A 相关定义
        2. 5.4.15.2 Q&A 模式下的看门狗序列
        3. 5.4.15.3 问题（令牌）生成
        4. 5.4.15.4 应答比较和参考应答
          1. 5.4.15.4.1 2 位看门狗应答计数器的序列
        5. 5.4.15.5 看门狗 Q&A 模式序列事件和 WD_STATUS 寄存器更新
      16. 5.4.16 MCU 错误信号监控器 (MCU ESM)
        1. 5.4.16.1 TMS570 模式
        2. 5.4.16.2 PWM 模式
      17. 5.4.17 器件配置寄存器保护
      18. 5.4.18 启用和复位驱动器电路
      19. 5.4.19 器件运行状态
      20. 5.4.20 待机状态
      21. 5.4.21 复位状态
      22. 5.4.22 诊断状态
      23. 5.4.23 活动状态
      24. 5.4.24 安全状态
      25. 5.4.25 状态转换优先级
      26. 5.4.26 上电复位 (NPOR)
    5. 5.5 寄存器映射
      1. 5.5.1 串行外设接口 (SPI)
        1. 5.5.1.1 SPI 命令传输阶段
        2. 5.5.1.2 SPI 数据传输阶段
        3. 5.5.1.3 器件状态标志字节响应
        4. 5.5.1.4 器件 SPI 数据响应
        5. 5.5.1.5 SPI 帧概览
      2. 5.5.2 SPI 寄存器写入访问锁定（SW_LOCK 命令）
      3. 5.5.3 SPI 寄存器（SPI 映射响应）
        1. 5.5.3.1 器件版本和 ID
          1. 5.5.3.1.1 DEV_REV 寄存器
          2. 5.5.3.1.2 DEV_ID 寄存器
        2. 5.5.3.2 器件状态
          1. 5.5.3.2.1 DEV_STAT 寄存器
        3. 5.5.3.3 器件配置
          1. 5.5.3.3.1 DEV_CFG1 寄存器
          2. 5.5.3.3.2 DEV_CFG2 寄存器
      4. 5.5.4 器件安全状态和控制寄存器
        1. 5.5.4.1  VMON_STAT_1 寄存器
        2. 5.5.4.2  VMON_STAT_2 寄存器
        3. 5.5.4.3  SAFETY_STAT_1 寄存器
        4. 5.5.4.4  SAFETY_STAT_2 寄存器
        5. 5.5.4.5  SAFETY_STAT_3 寄存器
        6. 5.5.4.6  SAFETY_STAT_4 寄存器
        7. 5.5.4.7  SAFETY_STAT_5 寄存器
        8. 5.5.4.8  SAFETY_ERR_CFG 寄存器
        9. 5.5.4.9  SAFETY_BIST_CTRL 寄存器
        10. 5.5.4.10 SAFETY_CHECK_CTRL 寄存器
        11. 5.5.4.11 SAFETY_FUNC_CFG 寄存器
        12. 5.5.4.12 SAFETY_ERR_STAT 寄存器
        13. 5.5.4.13 SAFETY_ERR_PWM_H 寄存器
        14. 5.5.4.14 SAFETY_ERR_PWM_L 寄存器
        15. 5.5.4.15 SAFETY_PWD_THR_CFG 寄存器
        16. 5.5.4.16 SAFETY_CFG_CRC 寄存器
        17. 5.5.4.17 诊断
          1. 5.5.4.17.1 DIAG_CFG_CTRL 寄存器
          2. 5.5.4.17.2 DIAG_MUX_SEL 寄存器
      5. 5.5.5 看门狗计时器
        1. 5.5.5.1 WD_TOKEN_FDBK 寄存器
        2. 5.5.5.2 WD_WIN1_CFG 寄存器
        3. 5.5.5.3 WD_WIN2_CFG 寄存器
        4. 5.5.5.4 WD_TOKEN_VALUE 寄存器
        5. 5.5.5.5 WD_STATUS 寄存器
        6. 5.5.5.6 WD_ANSWER 寄存器
      6. 5.5.6 传感器电源
        1. 5.5.6.1 SENS_CTRL 寄存器
  6. 6 应用和实现
    1. 6.1 应用信息
    2. 6.2 典型应用
      1. 6.2.1 设计要求
      2. 6.2.2 详细设计流程
        1. 6.2.2.1 VDD6 前置稳压器
        2. 6.2.2.2 VDD1 线性控制器
        3. 6.2.2.3 VSOUT1 跟踪线性稳压器（配置为跟踪 VDD5）
        4. 6.2.2.4 VSOUT1 跟踪线性稳压器的替代用法（配置为 3.3V 模式下的 6V 输出跟踪 VDD3/5）
        5. 6.2.2.5 为从 VDD5 到 5V 输入的 9V 输出跟踪配置的 VSOUT1 跟踪线性稳压器的替代用法
        6. 6.2.2.6 在非跟踪模式下配置（提供 4.5V 输出）的 VSOUT1 跟踪线性稳压器的替代用法
      3. 6.2.3 应用曲线
    3. 6.3 系统示例
  7. 7 电源建议
  8. 8 布局
    1. 8.1 布局准则
      1. 8.1.1 VDD6 降压前置稳压器
      2. 8.1.2 VDD1 线性稳压器控制器
      3. 8.1.3 VDD5 和 VDD3/5 线性稳压器
      4. 8.1.4 VSOUT1 跟踪线性稳压器
      5. 8.1.5 电荷泵
      6. 8.1.6 其他注意事项
    2. 8.2 布局示例
    3. 8.3 功率耗散和热效应注意事项
  9. 9 器件和文档支持
    1. 9.1 器件支持
      1. 9.1.1 第三方产品免责声明
    2. 9.2 文档支持
      1. 9.2.1 相关文档
    3. 9.3 接收文档更新通知
    4. 9.4 社区资源
    5. 9.5 商标
    6. 9.6 静电放电警告
    7. 9.7 术语表
  10. 10机械、封装和可订购信息

8 布局

8.1 布局准则

8.1.1 VDD6 降压前置稳压器

  • 最大程度地减小电感器、ESR 电阻器、输出电容器和二极管开关环路的环路区域。
  • 通过使用尽可能宽的引线最大程度地减小寄生引线阻抗。
  • 通过使用多个通孔来最大程度地减小寄生通孔阻抗，尤其是在高电流和切换节点上。
  • 在尽可能靠近引脚的位置将电感器和二极管连接至 SDN6。
  • 将二极管连接至 PGND（接地平面）。
  • 在 VDD6 输出（电感器输出）与 PGND 之间以串联方式连接 ESR 电阻器和输出电容器。
  • 在 VDD6 输出与 PGND 之间连接 EMC 滤波电容器。
  • 将 VDD6 输出连接至 VDD6 引脚，并使布线避免耦合开关节点。应最大程度地减小引线长度，并使每条引线尽可能宽。该引线是使用 VDD6 作为前置稳压器的下游稳压器的电源输入，应最大程度地减小寄生阻抗。

其他注意事项：添加用于 RC 缓冲电路的空间（如果应用需要）。RC 以串联方式连接在 SDN6 和 PGND 引脚之间。

8.1.2 VDD1 线性稳压器控制器

  • 将外部 FET 的漏极连接到 VDD6 节点，应最大程度地减少引线，从而无需额外的下游缓冲电容器。
  • 将输出电容器连接到外部 FET 的源极，应最大程度地减小该引线的长度。将输出电容器连接到接地平面。
  • 将栅极驱动器 VDD1_G 连接到 FET 的栅极。在 FET 的栅极和 FET 的源极之间连接电阻器，最大程度地减小引线长度。
  • 用于检测和设置输出电压的电阻分压器连接在 FET 的源极（VDD1 输出）和 GND（器件信号接地）之间。请勿将这些组件及其引线布置在开关节点或高电流引线附近。

8.1.3 VDD5 和 VDD3/5 线性稳压器

在 VDDx 输出和 GND 之间（尽可能接近它们）连接输出电容器。

8.1.4 VSOUT1 跟踪线性稳压器

  • 在 VSOUT1 输出和 GND 之间（尽可能接近它们）连接输出电容器。
  • 用于检测和设置输出电压的电阻分压器连接在 VSOUT1 和 GND（器件信号接地）之间。请勿将这些组件及其引线布置在开关节点或高电流引线附近。
  • 在 VSIN 和 PGND 引脚之间连接本地去耦电容器。最大程度地减小引线长度。
  • 将跟踪电源信号连接至 VTRACK1 并远离开关节点或高电流引线。

8.1.5 电荷泵

  • 在 CP1 和 CP2 引脚之间（尽可能接近它们）连接电容器。
  • 在 VCP 引脚和 VBATP（反向保护和滤波）电源之间连接电容器。

8.1.6 其他注意事项

  • 使用接地平面。TI 建议使用实体接地平面并通过阻抗尽可能低的路径将 GND 和 PGND 连接至该接地平面。
  • 最大程度地减小关键开关节点和高电流路径上的寄生阻抗。
  • 将 PGNDx 和 GND 对散热垫短路。
  • 如果连接至非接地平面系统，则使用星型接地配置。对于电压检测反馈接地，应使用连接件；对于该星形接地，应使用本地偏置旁路电容器接地网络。
  • 在 VBATP 和 PGND 之间连接本地去耦电容器。最大程度地减小引线长度。

8.2 布局示例

TPS65381-Q1 layout_slvsbc4.gif Figure 8-1 TPS65381-Q1 板布局

8.3 功率耗散和热效应注意事项

应用中器件的功率耗散对应用的必要布局和热管理策略具有重大的影响。

用以下公式估计器件的功率耗散：

Equation 1. PVDD6 = (1 – effVDD6) × 6V × IVDD6

where

  • PVDD6 是器件中 VDD6 功率耗散的保守估计值，因为部分效率损失发生在外部的二极管和电感器中。《TPS65381-Q1 和 TPS65381A-Q1 功耗估算器》中提供了更精确的功耗估算器。
  • effVDD6 是 VDD6 降压前置稳压器的效率（根据Figure 8-2）。
  • IVDD6 是来自 VDD5、VDD3/5、VDD1、VSOUT1 和连接至 VDD6 的任何外部负载的总负载电流。
Equation 2. PVDD5 = (6V – 5V) × IVDD5 = 1V × IVDD5

where

  • IVDD5 是 VDD5 上的负载电流。
Equation 3. PVDD3/5 = (6V – VVDD3/5) × IVDD3/5

where

  • VVDD3/5 为 3.3V 或 5V。
  • IVDD3/5 是 VDD3/5 上的负载电流。
Equation 4. PVSOUT1 = (VVSIN – VVSOUT1) × IVSOUT1

where

  • VVSIN 为 6V (VDD6) 或 VBATP。
  • VVSOUT1 是已编程的 VSOUT1 输出电压。
  • IVSOUT1 是 VSOUT1 上的负载电流。
Equation 5. PTOT = PVDD6 + PVDD5 + PVDD3/5 + PVSOUT1

where

  • PTOT 是器件中的总功率耗散。
TPS65381-Q1 D001_slvsbc4.gif Figure 8-2 典型 VDD6 降压器效率

器件运行的有效范围受电源电压、应用负载电流要求以及封装和印刷电路板 (PCB) 的散热特性的影响。为了使器件在宽温度范围内有用，封装、PCB 和热管理策略必须利于有效散热，从而使器件的结温保持在额定限制以内。

使用Equation 1 至Equation 5 来计算估计功率耗散。如用于计算 VDD6 功率耗散 (PVDD6) 的公式（Equation 2）所示，很大一部分功率耗散由 VDD6 电源的效率决定。VDD6 电源的效率取决于负载电流和电源电压，如Equation 2 中所示。

32 引脚 HTSSOP PowerPAD (DAP) 可帮助器件结有效散热。如《PowerPad™ 热增强型封装》中所述，PowerPAD 封装在封装底部提供了外露的引线框架芯片垫。该散热垫必须直接焊接到封装下方 PCB 的铜上，以便为帮助器件散热（从而减小 RθJC）创建有效的路径。PCB 设计必须采用导热焊盘和散热通孔，以完成热量移除子系统，《PowerPAD™ 速成》和《确保外露封装的最佳热阻性电路板布局指南》中对此进行了总结。

Figure 8-3 显示了采用 PowerPAD 的 32 引脚 HTSSOP (DCA) 封装的热降额曲线（根据Section 4.4中指定的 RθJA 值得出）。

TPS65381-Q1 power_dissipation_slvsbc4.gif
A. 在 功率 功率耗散较高和/或封装热阻较差的应用中，可能必须降低最高环境温度。最高环境温度 (TAmax) 取决于最高运行结温 (TJmax)、应用中器件的最大功率耗散 (PDmax) 以及应用中的部件/封装的结至环境热阻 (RθJA)，计算公式如下：TAmax = TJmax – (RθJA × PDmax)。
B. 最大功率耗散是 TJmax、RθJA 和 TA 的函数。任何允许环境温度下的最大允许功率耗散为 PD = (TJmax – TA)/RθJA。
Figure 8-3 基于高 K JEDEC PCB 的功率耗散降额曲线

考虑特定应用中器件的功率耗散非常重要，这高度依赖于电源电压和负载电流、环境和板温度以及使器件的结温保持在最大结温 150°C 以下所必需的任何其他散热或冷却策略。

NOTE

VDD1 稳压器可能在外部 FET 中具有很高的功率耗散，具体取决于 VDD1 电压和负载电流。在系统级热分析中必须考虑 VDD1 稳压器的外部 FET 功率耗散。如果需要更高的效率或热性能，则可以使用直流/直流稳压器代替具有外部 FET 的线性稳压器控制器。当 VDD1 线性稳压器控制器与外部 FET 结合使用时，与 VDD1 输出电压类似，直流/直流稳压器的输出电压仍可以由 VDD1_SENSE 引脚进行监控。

NOTE

PowerPAD 散热垫未与封装的任何引线直接相连。不过，该散热垫以电气方式和热方式连接至基板，该基板是器件的接地 (GND) 和电源接地 (PGND)。

NOTE

有关热分析和设计的其他信息，请参阅 www.ti.com 上的 WEBENCH® 设计中心 热分析部分。