IND87520芯片介绍(二)

六、内部模拟调光

一个精确的10位DAC作为BUCK电流调节回路的参考发生器。与SPI通信时，DAC参考电压可由主机改变并调节电流在BUCK不断切换的同时，也会发生相应的变化。10位分辨率的DAC正在设计中满足电流变化平稳的要求。一个1.713mA电流步使光亮度连续变化。

LED电流的计算方法：

例子：

七、PWM调光

除了模拟调光之外，iND87520还支持PWM调光。PWM调光由数字逻辑控制，通过SPI通信或UDIMx引脚的外部PWM信号激活。

1.内部PWM调光

内部PWM调光由10位PWM占空比寄存器和3位PWM频率配置寄存器。

0位的PWM占空比寄存器允许设置从0到1024的占空比，模拟调光的分辨率相同。这种高分辨率在低亮度应用中尤为重要，因为模拟调光在低亮度下可能会由于偏移影响而表现不佳，而PWM调光则在占空比代码较小时仍能保持良好的线性度

在低亮度应用中，当模拟调光出现偏置时，PWM调光因其更好的线性度而优于模拟调光即使PWM占空比码很小。此外，3位的PWM频率寄存器可以选择8种不同的频率，计算公式如下，其中CLK为主时钟频率，DIV为分频器设置的分频数。结果频率通过选择适当的分频数来调节

例子：假设主时钟频率 CLK 为 10 MHz，分频数 DIV 设置为 64：

2.外部PWM调光

外部PWM调光设计遵循UDIMx引脚的开关信号。

（1）外部PWM调光频率要求：

频率限制：外部PWM信号的频率应低于1kHz，而内部PWM调光的最高频率为1.5kHz。

逻辑输入阈值：逻辑输入阈值 $V_{IL}$ 和 $V_{IH}$ 分别是VIN UVLO的下降阈值和上升阈值。

（2）VIN UVLO（欠压锁定）：

功能：VIN UVLO功能用于监测输入电压VIN，并在电压过低时关闭驱动器以保护电路。

触发：VIN UVLO也由UDIMx引脚上的PWM信号触发，这意味着外部PWM调光信号不能单独控制两个通道。

（3）工作原理

①信号输入：外部PWM信号通过UDIMx引脚输入到iND87520，该信号的频率应低于1kHz，以确保正确的调光功能。

②调光控制：外部PWM信号的占空比控制LED的亮度，逻辑输入阈值 $V_{IL}$ 和 $V_{IH}$ 决定了信号的有效性。当PWM信号的电压下降到 $V_{IL}$ 以下时，信号被认为是低电平；当电压上升到 $V_{IH}$ 以上时，信号被认为是高电平。

（4）与内部PWM调光的比较

①内部PWM调光的最高频率为1.5kHz，比外部PWM调光的频率更高，适用于更精细的亮度控制。

②外部PWM调光主要用于较低频率的应用，确保在低频下也能实现稳定的调光效果。

特性	内部PWM调光	外部PWM调光
频率范围	最高1.5kHz	低于1kHz
分辨率	高，10位PWM占空比寄存器和3位频率寄存器	取决于外部PWM信号
线性调光	更好	较差
控制灵活性	高，通过SPI通信可单独控制两个通道	低，受VIN UVLO影响
应用场景	高端照明、显示设备	简单照明系统、与其他控制系统集成

八、模式状态介绍

芯片可以在不同的工作模式下工作:正常模式，独立模式，Limp-Home模式。

在正常模式，降压操作可以直接由寄存器或外部引脚控制，具体取决于通过SPI通信的配置。

在Limp-Home模式下，buck操作由一组Limp-Home寄存器的配置决定，必须通过SPI通信预设在进入此模式之前。独立模式通过芯片提供对buck的控制没有寄存器访问的引脚。

设备不使用时提供了一种休眠模式。

在进入任何这些工作模式之前，芯片在3个预状态下转换:上电复位状态，SPI状态，加载状态。

1.状态介绍

（1）上电复位状态

在正常操作的供电电压 V5D 建立之前，芯片处于上电复位（Power-On Reset，POR）状态。在此状态下，芯片执行以下操作：

①寄存器复位：所有寄存器重置为默认值。这意味着所有配置和设置将返回到芯片出厂时的初始状态。

②通道关闭：两个通道均关闭。即，在此状态下，芯片不会驱动任何负载或输出电流。

③ADC禁用：模数转换器（ADC）被禁用。这意味着在此状态下，芯片不会进行任何模拟到数字的信号转换。

进入下一个状态的条件：

当供电电压 V5D 超过 4.1V 时，芯片将从 POR 状态进入下一个状态（通常是正常操作状态）。这意味着在 V5D 达到 4.1V 之前，芯片将保持在 POR 状态，并执行上述操作。

（2）SPI状态

在供电电压 V5D 建立之后，芯片会期待接收到一个正确的 SPI 帧。根据是否接收到有效的 SPI 帧，芯片将进入不同的操作模式。

①检测 SPI 帧：在供电电压 V5D 建立之后，芯片会监控 SPI 总线，以检测是否接收到有效的 SPI 帧

②进入加载状态（Load State）：如果检测到有效的 SPI 帧，芯片会进入加载状态。在此状态下，芯片会完成寄存器配置，然后进入正常模式（Normal Mode）或 Limp-Home 模式。在进入 BUCK 操作之前，需要进行优先系统配置。

③进入独立模式（Standalone Mode）：如果未检测到有效的 SPI 帧，芯片会进入独立模式。在独立模式下，不需要通信，BUCK 操作主要由外部硬件直接控制。

④在供电电压 V5D 建立后，为了检测有效的 SPI 帧，内部看门狗计时器会启用，并监控 224 个系统时钟周期（约 1.68 秒）。如果在此时间内未接收到有效的 SPI 帧，看门狗计时器将触发重置，芯片将进入独立模式

（3）加载状态

①检测 SPI 状态：在供电电压 V5D 建立后，芯片进入检测 SPI 状态（Detect SPI state），期望接收到一个有效的 SPI 帧。

②异常处理：如果独立模式（Standalone mode）是意外的（即，系统期望进入其他模式而不是独立模式），芯片会从检测 SPI 状态直接过渡到加载状态（Load state）。

③加载状态：加载状态设计用于通过 SPI 通信配置寄存器，以便进入正常模式（Normal mode）或 Limp-Home 模式。在加载状态下，CHxEN 位设置为 0，以防止 BUCK 在默认寄存器值下运行。必须读取并清除 PC 位后才能退出加载状态。

④过渡到休眠模式：加载状态可以直接通过向 SLEEP 寄存器写入 “01” 进入休眠模式（Sleep mode）以节省功耗，而无需先进入正常模式。

2.独立模式

（1）介绍

在独立模式下，芯片无需额外的SPI通信即可工作，参考电流由LHI引脚电压设定。当电压低于148mV时，两个通道都会被禁用，每个通道的PWM/使能/禁用由UDIMx引脚控制，故障反应设置为自动重启模式，故障计时器设置为3.6ms，独立模式下看门狗计时器被禁用。

（2）独立模式与SPI通信模式(正常模式)的切换

①进入到独立模式：如果在SPI状态（Detect SPI state）下没有在看门狗计时器超时前接收到有效的SPI帧，芯片将进入独立模式。

②从独立模式返回检测SPI状态：通过在读取并清除CMWTO位后向RESET寄存器写入0xD4，可以从独立模式返回检测SPI状态。

③直接进入加载状态：通过向RESET寄存器写入0xC3，芯片将直接进入加载状态（Load state）。

3.Limp-Home模式

（1）进入Limp-Home方法

在加载状态或正常模式下，当发生以下任何情况时，芯片进入Limp-Home模式：

①“LHSW位”设置为“1”
②三次看门狗超时

（2）芯片按以下顺序切换到正常模式:

①读取并清除CMWTO位

②将LHSW位写为0

（3）电流参考选择

buck根据LHM寄存器在Limp-Home模式下工作，因此它们必须在加载模式下配置：
①在Limp-Home模式下，电流参考可以选择内部LHxIADJ或通过ADC测量的外部LHI引脚电压。这由LHEXTIADJ位选择

②通过ADC测量LHI电压并存储在LHI寄存器中。

③使用数字低通滤波器防止开关噪声耦合到LHI引脚。滤波后的值存储在LHIFILT寄存器中。

④使用148 mV的下降阈值和200 mV的上升阈值来启用/禁用两个通道。

4.正常模式

（1）Load状态到Normal模式

①读取并清除PC位

②将CHxEN设置为1

③将LHSW设置为0，并读取清除看门狗超时计数器，强制进入Normal模式

④向SLEEP寄存器写入1，设备进入Sleep模式

（2）正常模式下的故障处理

①锁存故障带有锁存选项时，设备返回Load状态，CHxEN位被设置为0

②选择自动重启选项时，设备在故障计时器之后尝试恢复

5.睡眠模式

（1）在进入Sleep模式时，以下情况发生

①内部稳压器与V5A引脚断开

②振荡器被禁用

③CHxEN位被设置为低

④各通道被禁用

⑤ADC和DAC操作被禁用

⑥MOSFET被关闭

⑦用于测量VINx和V5D的电阻分压网络被断开

⑧任何对其他寄存器的读取将返回0

（2）SPI在Sleep模式下的工作

SPI块由V5D供电，因此可以在Sleep模式下监控SPI总线。当检测到对SLEEP寄存器的写操作为“00”时，设备将转换到Load模式。

（3）Sleep模式下的电压变化

在Sleep模式下，由于所有内部负载被关闭，高侧栅极驱动相关的泄漏电流被迫通过开关节点SWx，因此输出电压将升至4V以上。由于V5A内部断开，V5AUV位被设置。当退出Sleep模式时，该位被清除。

（4）Sleep模式的时序

如上图所示展示了进入和退出Sleep模式的时序图。

①Sleep命令触发后，DIS_AVDD信号和AVDD信号下降

②VDD5A_VDD5D_PORN_DIG信号随之下降。

③EN_CLK信号随后被禁用。

④SYS_CLK信号停止，表示振荡器禁用。

⑤设备进入Sleep模式，经过0.8ms的遮蔽时间后，进入稳定状态。

（5）退出Sleep模式

当监测到SLEEP寄存器的写操作为“00”时，设备退出Sleep模式，并经过0.8ms的遮蔽时间后，进入Load模式。

6.模式比较

九、SPI协议格式

这个芯片仅作为SPI从机工作。相关的引脚包括3个TTL输入引脚SSN/SCK/MOSI和1个开漏输出引脚MISO。它们与SPI总线的兼容性如下：

①片选引脚SSN：低电平有效，用于指示数据交换。当SSN为高电平（不活动）时，MISO显示高阻抗。

②SCK相位：当SSN变为有效时，第一个数据位出现在MOSI/MISO上。MOSI上的串行数据位在SCK的奇数边缘采样，而串行数据位在偶数边缘移出到MISO。

③SCK极性：奇数边缘为正边缘。

④数据顺序：最重要的位（MSB）首先传输。

SPI帧是不可配置的16位。因此，有效传输需要16个SCK周期的正整数倍（16、32、48……），即成功的传输要求在经历16/32/48……个SCK周期后，SSN变为高电平。如果SSN在每16个SCK周期后保持低电平，SPI移位寄存器中的数据将在每来另一个16个SCK周期时继续从MOSI移入，并移出到MISO。时序图如图所示