Микропотребляющие компоненты Microchip Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Микропотребляющие

компоненты Microchip

Иван СМИРНОВ

van@gamma.spb.ru

Компания Microchip Technology Inc., известная в первую очередь как ведущий мировой производитель 8- и 16-разрядных микроконтроллеров, так же является крупным производителем интерфейсных и аналоговых микросхем.

Введение

Ассортимент различных типов аналогоцифровых микросхем, предлагаемых Microchip, без учета микроконтроллеров в настоящее время насчитывает более 500 видов и более 300 наименований.

Среди них можно выделить АЦП (высокоточные дельта-сигма и последовательного приближения), ЦАП, микропотребляющие линейные ОУ (в том числе с PGA и SGA) и компараторы с raiI-to-ra.il по входу и выходу, источники опорного напряжения, различные устройства преобразования и контроля питания (импульсные и линейные стабилизаторы питания, супервизоры, детекторы питания, MOSFET-драйверы, микросхемы для зарядки, многофункциональные преобразователи на основе переключаемых конденсаторов “Charge Pumps”), датчики температуры (с линейным и цифровым выходом), интерфейсные микросхемы (трансиверы CAN и LIN, контроллеры IrDA) и множество других микросхем.

Компания Microchip Technology постоянно разрабатывает и внедряет в производство все более совершенную продукцию, отвеча-

ющую растущим требованиям современного рынка электронных устройств относительно высокой функциональности, снижения потребления питания, цены и качества предлагаемой продукции в соответствии с международными стандартами.

Большинство аналоговых микросхем лучшие на рынке показатели энергопотребления и производительности.

Естественно, что для обеспечения микропотребления всей схемы необходимо минимизировать потребление каждого элемента в отдельности. Среди продукции Microchip есть не только микроконтроллеры с низким потреблением и микропотребляющие периферийные компоненты, но и элементы, обеспечивающие работу схем формирования питания — стабилизаторы и контроллеры заряда батарей.

На рисунке представлены аналоговые микросхемы Microchip, имеющие одни из лучших показателей в своем классе по потреблению электроэнергии.

В этой статье рассматриваются наиболее интересные микропотребляющие аналоговые микросхемы Microchip, запущенные в массовое производство за последние полгода.

Конвертер напряжения MCP1252

Требования, предъявляемые к конвертеру питания портативных устройств, можно свести к усредненному списку из пяти пунктов:

1. Стабилизированный выход.

2. Возможность работы как на повышение, так и на понижение напряжения (для питания 3,3-вольтовых устройств от одного литиевого элемента).

3. Высокий КПД.

4. Минимальное число внешних компонентов.

5. Минимальный уровень помех и пульсаций. Традиционные решения в виде LDO и импульсных индуктивных преобразователей с трудом проходят по трем из пяти пунктов, а новый преобразователь питания от Microchip Technology — MCP1252-33x50 — удовлетворяет всем пяти.

Высокочастотная (650 кГц) «емкостная помпа» принимает на вход 2-5,5 В и на выходе выдает стабилизированные 3,3 или 5,0 В при токе до 120 мА. Высокая частота обеспечивает низкое выходное сопротивление и упрощает дизайн фильтров питания. В качестве накопителя заряда используются внешние конденсаторы общего назначения, что снижает бюджет устройства, а отсутствие коммутируемой индуктивности благоприятно влияет на ЭМС. Довершают картину компактный корпус MSOP-8 и умеренный набор внешних элементов.

Контроллер заряда литиевых аккумуляторов MCP7384x

Семейство однокристальных контроллеров заряда литиевых аккумуляторов (Li-Ion и Li-PoI) интересно сочетанием компактности, низкой цены и хорошей гибкости, что востребовано в автономных носимых устройствах. Использование внешнего токового шунта и регулирующего элемента позволяют работать с широким диапазоном емкостей — от десятков мА-ч до единиц А-ч. Встроенный таймер и вход термодатчика повышают безопасность процесса зарядки, а интеллектуальная начинка контроллера позволяет использовать литиевые аккумуляторы даже в устройствах, не оснащенных микроконтроллером.

ОУ

МСР604х, МСР614х

- 600 нА ток потребления

АЦП

МСР3551

- 120 мкА ток потребления МСР3421 -155 мкА ток потребления МСР3221 -175 мкА ток потребления

Импульсные

регуляторы

МСР1601

-119 мкА ток потребления в ЧИМ-режиме МСР1650/1/2/3 -120 мкА ток потребления

Супервизоры

МСР111/2, МСР102/3,

МСР121/131

-1 мк ток потребления

ЦАП

МСР492х

-175 мкА ток потребления

Charge Pumps

МСР1252/3

- 80 мкА ток потребления

Infrared/lrDA®

МСР2140

<1 мАток потребления

LDOs

МСР1700

-1,6 мкА ток потребления

Цифровые

потенциометры

МСР41ххх/42ххх

- 340 мкА ток

в рабочем режиме

- 0,01 мкА ток потребления в статическом режиме

Контроллеры

заряда

МСР7382х

- 0,26 мА ток потребления МСР7384х

- 0,75 мА ток потребления МСР7386х

- 0,53 мА ток потребления

Рисунок. Аналоговые микросхемы Microchip

Таблица 1. Спецификация наиболее популярных LDO компании Microchip

Тип Макс. вх. напряжение, В Вых. напря- жение, В Макс. вых. ток, мА Ток потреб- ления, мкА Падение напряжения на макс. вх. токе, мВ Особенности Диапазон рабочих температур, °С Корпус

MCP1700 6 1,2-5,0 1,0 178 Защита от КЗ, перегрева -40...+125

MCP1701A 10 1,8-5,0 250 2,0 380 - -40...+85 SOT-23, SOT-89, ТО-92

MCP1702 12 1,2-5,0 2,0 625 Защита от КЗ, перегрева -40...+125

MCP1703 16 1,2-5,5

MCP1725 6 0,8-5 fix 0,8-5 adj 500 120 210 Защита от КЗ, 8DFN, 8OIC

MCP1726 6 1000 140 220 перегрева, возможность выключения, -40...+125

MCP1727 13,2 1500 120 330 функция 'Power Good'

Контроллеры MCP73833/4 обеспечивают все функции, необходимые для безопасного заряда одноячеечного аккумулятора. Основные характеристики:

• встроенный силовой транзистор;

• встроенный датчик тока;

• встроенная защита от разряда аккумулятора через цепь питания;

• работа в режимах постоянного тока и постоянного напряжения с контролем температуры аккумулятора;

• программируемый ток заряда — до 1 А;

• автоматическое прекращение заряда;

• автоматический переход в низкопотребляющий режим при отключении источника.

В сентябре Microchip анонсировал контроллеры заряда батарей Li-Ion/Li-Polymer с автоматическим определением источника питания USB или переменного тока. Основные особенности:

• Ток заряда: до 500 мА в режиме USB, до 1 A в режиме питания от источника переменного тока.

• Миниатюрные корпуса: 10-выводные MSOP и 3x3 мм DFN.

Для изучения особенностей контроллеров заряда MCP73837/8 и разработки собственных приложений компания Microchip предлагает разработчикам отладочную плату MCP73837EV.

MCP73837/8 производятся в миниатюрных корпусах 10-выводном MSOP и 3x3 мм DFN.

Индуктивный повышающий контроллер питания MCP1651

Индуктивный контроллер напряжения MCP1651, разработанный для применения в портативных приложениях (корпус MSOP8, MS0P10), позволяет выдавать 5 Вт мощности в нагрузку при собственном токе потребления Iq = 120 мкА.

Основные особенности:

1) высокая частота коммутации — 750 кГц — позволяет использовать компактные SMD-дроссели и в сочетании с несложным фильтром обеспечивает низкий уровень выходных пульсаций;

2) внешний ключ и обратная связь через резистивный делитель обеспечивают характеристики схемы питания, ограниченные только возможностями ключа;

3) вход ShutDown и Low Battery Detect для систем с батарейным питанием;

4)ставший традиционным для Microchip Technology корпус MS0P-8, 10.

Микропотребляющий линейный регулятор напряжения MCP1702

MCP1702 — это микропотребляющий линейный регулятор напряжения с низким падением напряжения и с выходным током до 250 мА. MCP1702 работает с входным напряжением до 13,2 В, что в комбинации с малым током потребления 2 мкА делает его подходящим для приборов с питанием от не-

скольких элементов, алколайновых элементов 9 В или литиевых батарей.

Основные характеристики:

• типовой ток потребления — 2,G мкА;

• диапазон входных напряжений: 2,7-13,2 В;

• выходной ток при выходном напряжении >2,5 В: 25G мА; выходной ток при выходном напряжении <2,5 В - 2GG мА;

• фиксированные выходные напряжения от 1,2 до 5,5 В с шагом G,1 В;

• стабильная работа с выходным конденсатором от 1,G до 22 мкФ;

• защита от короткого замыкания;

• тепловая защита;

• различные корпуса:

SOT-23A, SOT-89, TO-92-3.

MGP1703 — стабилизатор с увеличенным допустимым входным напряжением

MCP17G3 — это версия микропотребляющего стабилизатора MCP17G2 с увеличенным допустимым входным напряжением 16 В.

Наиболее популярные LDO Microchip приведены в таблице 1.

Стабилизатор с низким падением напряжения MGP1727

MCP1727 — первый в индустрии стабилизатор с низким падением напряжения с номинальным током нагрузки 1,5 А, настраиваемой функцией PowerGood и возможностью отключения логическим уровнем. Основные характеристики:

• ток нагрузки: 1,5 А;

• диапазон входных напряжений: 2,3-6,G В;

• вариант с фиксированным выходным напряжением (G,8, 1,2, 1,8, 2,5, 3,G, 3,5, 5,G В) и регулируемым (G,8-5,G В) выходным напряжением;

• погрешность выходного напряжения G,5%;

• низкое падение напряжения: 33G мВ при токе нагрузки 1,5 А;

• для стабильной работы достаточно керамического конденсатора 1 мкФ на выходе;

• ток потребления: 12G мкА;

• ток потребления в режиме отключения: G,1 мкА;

• выход Power Good с настраиваемой задержкой (функция супервизора);

• защита от перегрузки и перегрева;

• сверхминиатюрный корпус DFN-8 (3x3 мм), либо SOIC-8.

Стабилизатор предназначен для использования в устройствах с батарейным питанием.

Сигма-дельта АЦП MCP3551/53

Еще пять лет назад высокоразрядные сигма-дельта АЦП были прерогативой лабораторного измерительного оборудования, а сегодня цены на преобразователи от Microchip опустились до отметки $3,3 в партиях 1000 шт. В отличие от старших моделей других производителей, MCP3551/53 (разрядность 22 и 21 бит соответственно) имеют только один дифференциальный вход и не содержат PGA, что, впрочем, компенсируется отменной метрологией. По структуре и реализации АЦП зарегистрировано два патента. Устройство обеспечивает недостижимое ранее значение полной некомпенсируемой погрешности 6 млн-1 при отсутствии калибровки и абсолютной нечувствительности к температуре. Сверхнизкое потребление — 140 и 1 мкА в режимах преобразования и ожидания соответственно, встроенный калиброванный генератор и расширенный температурный диапазон расширяют область применения и упрощают интеграцию АЦП в устройства.

MCP355x обеспечивают высокую точность и низкий уровень шумов для задач, связанных с прямым измерением сигналов от первичных преобразователей, таких как сенсоры давления, температуры, влажности и т. д. Благодаря наличию внутреннего генератора для использования АЦП в задачах высокоточного измерения требуется минимум внешних компонентов. Высокоомный дифференциальный вход позволяет работать с широким спектром разнообразных сенсоров и измерительных устройств. MCP355x имеют рабочий температурный диапазон от -40 до +125 °С и выпускаются в компактных 8-выводных корпусах MSOP и S0IC. Основные технические характеристики:

• разрядность без пропуска кодов —

22 бита (MCP3551) - 20 бит (MCP3553);

• эффективная разрядность —

21,9 бит (MCP3551) - 20,6 бит (MCP3553);

• автоматическая внутренняя компенсация смещения и погрешности усиления;

• низкий выходной шум —

2,5 мкВ (MCP3551);

• погрешность смещения — 3 мкВ;

• типичная мультипликативная погрешность — 2 млн-1;

Таблица 2. Спецификация дельта-сигма АЦП компании Microchip

Тип Разре- шение, бит Напряжение питания, В Макс. частота преобразования, выб/с Число дифф. каналов Интер- фейс Ток потреб. (тип), мкА Интегральная нелинейность INL (%FSR) Рабочая температура, °С Корпус

MCP3550-50 22 2,7-5,5 13 1 SPI 120 0,0002 -40...+125 8/SOIC 8/MSOP

MCP3550-60 22 2,7-5,5 15 1 SPI 140 0,0002 -40...+125 8/SOIC 8/MSOP

MCP3551 22 2,7-5,5 14 1 SPI 120 0,0002 -40...+125 8/SOIC 8/MSOP

MCP3553 20 2,7-5,5 60 1 SPI 140 0,0002 -40...+125 8/SOIC 8/MSOP

MCP3421 18 2,7-5,5 240 1 I2C 145, 39 (1 sps) 0,0010 -40...+125 SOT-23

Таблица 3. Микропотребляющие супервизоры Microchip

Тип Vcc диапазон рабочих напряжений, В Диапазон температур, °С Варианты напряжений для сброса, В Уровень сигнала сброса Выход Типовая мин. длительность сигнала сброса, мс Типовой потребляемый ток, мкА Дополни- тельные особен- ности Корпуса

MCP102 1,0-5,5 -40...+ 125 1,9; 2,32; 2,63; 2,93; 3,08; 4,38; 4,63 Низкий CMOS Push-Pull 120 1 - 3pin SOT-23B, SC-70, TO-92

MCP103 1,0-5,5 -40...+ 125 1,9; 2,32; 2,63; 2,93; 3,08; 4,38; 4,63 Низкий CMOS Push-Pull 120 1 Цоколевка как у MAX809 3pin SOT-23B, SC-70, TO-92

MCP121 1,0-5,5 -40...+ 125 1,9; 2,32; 2,63; 2,93; 3,08; 4,38; 4,63 Низкий Open Drain 120 1 - 3pin SOT-23B, SC-70, TO-92

MCP131 1,0-5,5 -40...+ 125 1,9; 2,32; 2,63; 2,93; 3,08; 4,38; 4,63 Низкий Open Drain + внутр. 100 кОм резистор на Vcc 120 1 - 3pin SOT-23B, SC-70, TO-92

• максимальная погрешность интегральной нелинейности — 6 млн-1;

• абсолютная погрешность измерения — не более 10 млн-1 (MCP3551);

• частота выдачи данных —

13,75 Гц (MCP3551) или 60 Гц (MCP3553);

• установление сигнала за 1 такт;

• режимы непрерывного и одиночного измерения;

• интерфейс SPI;

• ток преобразования — от 100 мкА (2,7 В) до 120 мкА (5 В);

• тип корпуса — SOIC8 и MSOP8;

• дифференциальный вход с допустимым синфазным напряжением от Vss до Vdd;

• однополярное питание от 2,7 до 5,5 В;

• расширенный температурный диапазон (от-40 до +125 °С).

В таблице 2 приведены основные особенности сигма-дельта АЦП Microchip.

Супервизоры питания MCP102-103-121-131

Супервизоры питания заменяют встроенный модуль BOR микроконтроллера, но при этом потребляют существенно меньший ток и используются для контроля уровня напряжения питания, а также защиты от провалов питающих напряжений.

Основные характеристики:

• низкое напряжение питания: 1,75 мкА;

• напряжения срабатывания: 1,9, 2,32, 2,63, 2,93, 3,08, 4,38, 4,63 В;

• сброс микроконтроллера в случае провалов напряжения;

• диапазон рабочих температур:

-40... +125 °С;

• инверсный выход сброса RST:

- МСР102/103 — push-pull;

- МСР121 — открытый сток;

- МСР131 — открытый сток с подтягивающим резистором 100 кОм;

• корпус: SC-70, SOT-23, TO-92.

В таблице 3 приводятся характеристики супервизоров Microchip с током потребления 1 мкА.

Благодаря компактному корпусу и большому выбору напряжений срабатывания рекомендуются для использования в устройствах с автономным питанием.

Термодатчики с аналоговым выходом TC1047A и MCP970x

TC1047A получил широкое распространение благодаря высокой для своего класса точности, компактному корпусу и удобной для пересчета в градусы передаточной функцией. Более новая разработка — термодатчик MCP970х — отличается низкой ценой и сверхкомпактным корпусом SC70-5, выпускается в двух модификациях с разными температурными коэффициентами — стандартные для Microchip 10 мВ/°С (MCP9700) и 19,53 мВ/°С (MCP9701 — замена MAX6612 и аналогичных термодатчиков).

Операционные усилители и компараторы MCP6xxx

Ассортимент операционных усилителей компании Microchip охватывает несколько десятков устройств в сегменте общего назначения с широким диапазоном характеристик. Особенно необходимо отметить не имеющие аналогов низкочастотные микропотребляющие ОУ MCP614x с рабочим током 0,6 мкА на усилитель, полосой пропускания 100 кГц, максимальным исм 3 мВ и диапазоном пита-

ния 1,4-5,5 В. Для применения в сверхминиатюрных устройствах предлагаются ОУ в корпусах 80Т23-5 и 8С70-5.

Усилители MCP6G01/2/3/4 с программируемым коэффициентом усиления Это новая линейка усилителей с программируемым коэффициентом усиления МСР6С0х. Все усилители имеют неинвертирующий вход и один вход установки коэффициента усиления: 1, 10, 50.

Доступны микросхемы с одним усилителем на кристалле (МСР6С01, МСР6С03), сдвоенные (МСР6С02) и счетверенные (МСР6С04) усилители.

Основные особенности:

• гаДЧо-гаД вход и выход;

• ошибка коэффициента усиления не более ±1%;

• высокая полоса пропускания: от 250 до 900 кГц;

• низкий ток потребления — типовое значение 110 мкА;

• однополярное напряжение питания:

+ 1,8...+5,5 В;

• расширенный температурный диапазон: -40... +125 °С.

Цифровые потенциометры

Проверенные временем МСР4ххх0 благодаря хорошей метрологии и входу ShutDown успешно справляются с задачей подстройки параметров аналогового тракта в портативных измерительных приборах, а также могут использоваться в качестве дешевой альтернативы 8-разрядному ЦАП в задачах генерации аналоговых сигналов, в том числе звука.

Семейство МСР402х имеет функцию сохранения «положения движка» при отключении питания (значение сохраняется в энергонезависимой памяти) и отличается упрощенным интерфейсом в виде входов StepUp/ StepDown. Оптимальные области применения — заводская настройка аналоговых схем и использование в устройствах, не оснащенных микроконтроллером.

Программируемый датчик температуры МСР98242 со встроенной БЕРРОМ

МСР98242 выпускается в корпусах DFN (2x3 мм) и TSS0P, имеет интерфейс 12С и возможность конфигурирования.

Основные особенности МСР98242:

• диапазон измерения температуры:

-40...+ 125 °С с точностью

±0,5 °С в диапазоне +75...+95 °С и ±2,0 °С в диапазоне -20...+ 125 °С;

• встроенный дельта-сигма АЦП;

• интегрированная память EEPR0M объемом 256 байт;

• напряжение питания 3,0-3,6 В;

• низкий ток потребления: 3 мкА в ждущем режиме, 1,1 мА в режиме записи, 100 мкА в режиме чтения;

• программная защита EEPROM от записи;

• программируемый логический выход тревоги по температуре.

SEEPROM в корпусе SOT23-6

Компактный корпус позволяет использовать SEEPROM в условиях, не доступных для SOIC и даже MSOP. Например, в сфере измерительных приборов с выносным аналоговым преобразователем задача идентификации и хранения калибровочных данных преобразователя легко решается при помощи микросхемы SEEPROM, установленной в корпус разъема. Это позволяет расширить область применения прибора за счет использования преобразователей на разные диапазоны или типы входных воздействий, а также решает проблему взаимозаменяемости преобразователей и электронных блоков. SEEPROM в корпусах SOT23-6 выпускается под интерфейсы SPI, I2C и Microwire, охватывают емкости от 128 бит до 16 кбит.

Заключение

В данной статье мы попытались наиболее подробно рассмотреть последние новинки аналоговой и интерфейсной продукции Microchip с низким потреблением и большой функциональностью, которые поступили в массовое производство за прошедшие полгода.

Отметим, что ассортимент аналоговых и интерфейсных решений Microchip насчитывает более 3000 наименований, и в данной статье отражены далеко не все интересные решения, предлагаемые компанией.

Тем не менее информация по аналоговой и интерфейсной продукции Microchip — последние версии документации всегда доступна на сайте компании www.miсrochip.com/ analog. Примеры по применению: www.microchip.com->AppNotes, программное обеспечение для разработки и отладки, необходимая техническая литература: www.microchip.com->DevTools.

Высокая конкурентоспособность продукции Microchip как в области аналоговой и интерфейсной продукции, так и в области 8- и 16-разрядных контроллеров, обеспечивается, прежде всего, постоянным совершенствованием и системным подходом к анализу и отслеживанию современных потребностей рынка электронных компонентов, непрерывной работой с заказчиками и потенциальными клиентами. ■