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RTQ5115-QA 是一顆通過了 AEC-Q100 Grade 2 認(rèn)證的車用 PMIC 即電源管理集成電路，其主體為 4 路 Buck 轉(zhuǎn)換器和 8 路線性穩(wěn)壓器，各 Buck 轉(zhuǎn)換器的負(fù)載能力分別為 2.4A/2A/1.6A/2A，線性穩(wěn)壓器的負(fù)載能力每個都是 300mA，應(yīng)用電路特別簡單。
RTQ5115-QA 的集成度很高，下面是它的內(nèi)部電路框圖。
將各個轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)控制部分連接起來的是中間的一大塊邏輯控制電路和左下角的 State Machine，它們是各個轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)控制器之間的橋梁，也是整個芯片的控制中心。
RTQ5115-QA 支持直接加電啟動或按鍵啟動，能在系統(tǒng)需要時自主啟動關(guān)機(jī)過程，遇到故障或收到按鍵信號時可主動關(guān)機(jī)，還能實施自動重啟操作，將各種情況下的需要都考慮到了.
RTQ5115-QA 具有 I2C 接口，它在 I2C 總線上的角色屬于 Slave，其開關(guān)機(jī)時序、各個轉(zhuǎn)換器的輸出電壓、工作頻率、工作模式、是否進(jìn)行頻譜擴(kuò)展以及電壓動態(tài)調(diào)整和電壓改變的速度等等都可在來自 Master 即系統(tǒng)控制器的指令控制下進(jìn)行調(diào)整，其內(nèi)部掛在 I2C 總線上的各個寄存器便是各種控制指令的存儲位置。已經(jīng)調(diào)試成熟的寄存器參數(shù)可以備份保存于其內(nèi)部集成的可擦寫存儲器即 EEPROM 中，它們在需要時又可以自動重載進(jìn)入寄存器，將用戶設(shè)計好的工作狀態(tài)重現(xiàn)出來。
系統(tǒng)控制器將一個字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入 RTQ5115-QA 內(nèi)部地址為 m 的寄存器或?qū)?N 個字節(jié)的數(shù)據(jù)寫入其內(nèi)部地址從 m 開始的 N 個寄存器的通訊過程如下圖所示：
圖中的 Slave Address 是 RTQ5115-QA 在 I2C 總線上的地址，它可由 SADDR 引腳選擇為 0110111（SADDR=1） 或 0111111 （SADDR=0），此地址將 RTQ5115-QA 與同時掛在 I2C 總線上的其它器件區(qū)別開來，使其不會對不相關(guān)的指令做出響應(yīng)。Register Address 和后面跟著的 Data 分別代表 RTQ5115-QA 內(nèi)部寄存器的地址和將要寫入其中的數(shù)據(jù)。
假如需要讀出 RTQ5115-QA 內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)，相關(guān)的時序如下圖所示：
對 RTQ5115-QA 來說，它的寄存器實在是太重要，是調(diào)節(jié)其性能、控制其工作的關(guān)鍵所在，所以下面就對其部分寄存器的參數(shù)進(jìn)行解讀，重點將會放在與 Buck 轉(zhuǎn)換器相關(guān)的部分，了解了它們，我們對器件特性的理解就可以得到深入，如何控制它的方法也明確了。
每個寄存器都有自己的地址，這是地址為 00（十六進(jìn)制）的寄存器信息，它有 8 個二進(jìn)制位，分別以 7~0 的 8 個數(shù)字進(jìn)行位置標(biāo)識，其前半個字節(jié)的 4 個位 [7:4] 存儲的數(shù)據(jù)是只能讀的固定數(shù) 1000，這是供應(yīng)商編碼，代表立锜。后半個字節(jié) [3:0] 的數(shù)據(jù)是 0111，為 RTQ5115-QA 的版本編號，我不知道它將來還會有多少個版本，也不知道改版時會不會改變這個數(shù)據(jù)，所以就暫且把它當(dāng)作是一個固定數(shù)來看待，如果你在未來的應(yīng)用中讀到了新的數(shù)據(jù)也用不著驚奇，因為有很多器件都是會不斷更新的。
寄存器 01、02 分別定義了 Buck1 和 Buck2 的兩個特性，一是輸出電壓，二是輸出電壓發(fā)生改變時的變化速度。從對可寫入?yún)?shù)的描述中可以看出這兩路轉(zhuǎn)換器的輸出電壓范圍都是 0.7V~1.8V，步進(jìn)值為 25mV，所以在應(yīng)用中可以得到非常精細(xì)的輸出電壓設(shè)定。
當(dāng)把新的數(shù)據(jù)寫入 RTQ5115-QA 的寄存器以改變其輸出電壓時，其輸出從原有電壓改變到新的電壓的速度是可調(diào)的，此速度由上表中的 VRC 決定，其變化過程如下圖所示：
對于 Buck1 和 Buck2 而言，上圖所示的每一個小臺階的上升/下降幅度可以是上表所示的 25mV、50mV、100mV 或 200mV，水平方向的一段線所代表的時長則為 10µs，兩者合起來就表達(dá)了電壓變化的速度，但是這種逐漸變化的設(shè)定是可以被禁止的，這在下圖所示的寄存器 05 的內(nèi)容里被呈現(xiàn)了出來：
當(dāng)寫入數(shù)據(jù)使寄存器 05 的 [7:4] 中的某個位被設(shè)定為 0 時，與之對應(yīng)的 Buck 轉(zhuǎn)換器的電壓漸變功能便被取消了，若寫入數(shù)據(jù)為 1 則是使能該功能。禁止了電壓漸變功能的轉(zhuǎn)換器能以最快的速度從原有電壓改變到新的電壓，這樣做的壞處是可能會形成比較大的輸入端電流沖擊，所以你在選擇時要仔細(xì)權(quán)衡一下。
寄存器 03、04 分別定義了 Buck3 和 Buck4 的輸出電壓及其變化速度，它們的規(guī)格是一樣的，所以這里只展示其中一個的定義：
Buck3/4 的最高輸出電壓為 3.6V，最低輸出電壓與 Buck1/2 一樣都是 0.7V。由于 Buck3/4 擴(kuò)大了輸出電壓范圍，相應(yīng)的電壓步進(jìn)值擴(kuò)大到 50mV，電壓變化速度也加大了一倍。
寄存器 06 定義了每個 Buck 轉(zhuǎn)換器的工作模式。如果需要得到比較高的輸出電壓調(diào)節(jié)精度，選擇 Force PWM 就是對的；如果需要得到比較高的輕載效率，選擇 Auto Mode 以實現(xiàn)自動的 PSM/PWM 切換就是對的。該寄存器的低半字節(jié)定義了每個 Buck 轉(zhuǎn)換器在關(guān)斷后對輸出端儲能的處理方式，一種是浮空模式 Floating，輸出電容里儲存的電能會自然變化，就看負(fù)載是如何吸收它的。另一種是主動放電的模式，規(guī)格書沒有告訴我們這是如何實現(xiàn)的，但實際上就是在與輸出端連接的某個地方對地設(shè)置一個可控的 MOSFET 開關(guān)，它的導(dǎo)通電阻可以比較大，因為放電電流也不能太大，只要能夠在一段不太長的時間里把輸出端電壓釋放到接近地電位的水平就可以了。
寄存器 12 用半個字節(jié)的空間作為各路 Buck 轉(zhuǎn)換器的使能控制位，只要將相應(yīng)控制位置為 1 或 0 便可容許或禁止與它對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器進(jìn)入工作狀態(tài)，但在 MASK_GPIO 端子處于低電平時，外部使能控制端 ENB1/2/3/4 的優(yōu)先級就更高了，是否容許對應(yīng)的轉(zhuǎn)換器進(jìn)入工作狀態(tài)將由它們來決定（參見前面的開關(guān)機(jī)流程圖）。
寄存器 16 的內(nèi)容與欠壓保護(hù)有關(guān)，你可以用這里設(shè)定的數(shù)據(jù)來決定各個位置的欠壓狀況可否引起關(guān)機(jī)動作，其中的 [7:4] 這 4 個位對應(yīng)的是 Buck1~4 的輸出欠壓事件，只要將某位設(shè)定為 1 便可在它對應(yīng)的 Buck 輸出端欠壓時容許啟動關(guān)機(jī)進(jìn)程。
那么這些 Buck 轉(zhuǎn)換器的輸出欠壓的判斷標(biāo)準(zhǔn)是什么呢？規(guī)格書沒有明確說明，但在下述寄存器的描述中可以找到這個指標(biāo)：
當(dāng)某個 Buck 的輸出電壓低到額定電壓的 66% 時能否發(fā)出中斷信號？這個選擇的控制開關(guān)在寄存器 28 里。如果中斷已經(jīng)發(fā)生了，你可以在中斷服務(wù)程序里讀取寄存器 29 里的數(shù)據(jù)，只要其中的某個位為 1，與其對應(yīng)的事件就發(fā)生了。
寄存器 2C、2D 定義了整個芯片開機(jī)過程中各個 Buck 轉(zhuǎn)換器所處的開機(jī)順序，每個轉(zhuǎn)換器都使用了半個字節(jié)，數(shù)據(jù) 0000 代表不啟動，0001 代表最先啟動，1100 代表最后啟動。由于 0001 和 1100 分別是十進(jìn)制數(shù) 1 和 12 的二進(jìn)制表達(dá)，而 4 個 Buck 再加 8 個線性穩(wěn)壓器就是 12 個調(diào)節(jié)器，而那 8 個線性穩(wěn)壓器的啟動順序也是用同樣方法來定義的，所以我們知道數(shù)字越小則越先啟動，數(shù)字越大則越晚啟動，到了關(guān)機(jī)的時候其順序就顛倒過來了，下圖便是我們可以看到的一個開/關(guān)機(jī)過程，請注意各個通道之間的時間順序關(guān)系：
上圖所示的開關(guān)機(jī)過程只是一個示例，你完全可以根據(jù)自己的需要來做設(shè)定。
時序設(shè)定中也有時間參數(shù)，但是本文不想寫得太長，所以就暫時不涉及了，剩余的部分我們可以在以后再去解剖，喜歡自研的讀者可以自己去探索，這里所用的方法可供你參考。
寄存器 33 提示我們 RTQ5115-QA 調(diào)整工作頻率的方法大概是這樣的：它使用了一個電壓控制振蕩器 VCO 作為 Buck 轉(zhuǎn)換器的時鐘源，其輸入很可能是來自一個數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器 DAC，這個 DAC 的輸出電壓范圍為 0.375V~1.8V，這個電壓范圍對應(yīng)的 VCO 輸出頻率范圍為 500kHz~2MHz，而這個 VCO 的輸入電壓即與之對應(yīng)的 DAC 的輸出電壓從一個值變化到另一個值的速度是可調(diào)的，你可以從 25mV/10µs、25mV/20µs、25mV/40µs 和 25mV/80µs 共 4 個選項中去選擇。這里提到的 DAC 應(yīng)該是不需要提及，因為規(guī)格書在很多情況下都不需要告訴讀者它的實現(xiàn)方式，所以在規(guī)格書中被隱藏了，我為了自圓其說而假設(shè)了它的存在，你只需要把相關(guān)的數(shù)據(jù)寫入寄存器 33 便可實現(xiàn)以一定的頻率變化速度修改 Buck 工作頻率的目的。
RTQ5115-QA 的 Buck 轉(zhuǎn)換器是否需要工作在頻譜擴(kuò)展模式呢？這對車載設(shè)備來說是很有意義的，而寄存器 33 便是用來做選擇的地方。如果選擇是，Buck 轉(zhuǎn)換器在工作時的頻率就是不斷變化的，這樣便可將它們工作時輻射出去的能量擴(kuò)散到一個頻段里而不是在單個頻點集中，為降低電磁兼容處理難度帶來好處，希望它能為你的應(yīng)用帶來方便。
到這里，RTQ5115-QA 內(nèi)部與 Buck 轉(zhuǎn)換器相關(guān)的寄存器就已經(jīng)介紹完了，其他的部分我們下期可以再談。
以上內(nèi)容來源： RichtekTechnology
