Atmel ATA5279/ATA5279C：多天線LF線圈驅(qū)動IC的全方位解析

在電子設(shè)備設(shè)計中，低功耗、高性能的天線驅(qū)動IC一直是我們追求的目標(biāo)。Atmel公司的ATA5279/ATA5279C，作為一款專為無源進(jìn)入/啟動（PEG）系統(tǒng)設(shè)計的LF線圈驅(qū)動IC，具有卓越的性能和豐富的功能。下面我們就來深入了解一下這款I(lǐng)C。

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核心特性解讀

強(qiáng)大的多天線驅(qū)動能力

ATA5279具備六個用于串聯(lián)諧振LF線圈天線的連接接口，可輕松應(yīng)對多天線設(shè)計需求。它能在前三個通道輸出高達(dá)1A的峰值電流，后三個通道輸出高達(dá)700mA的峰值電流，且受電池電壓影響小，為不同天線提供穩(wěn)定的驅(qū)動電流。

出色的信號調(diào)制與EMC性能

支持高達(dá)5.7Kbit/s（曼徹斯特編碼）的開關(guān)鍵控數(shù)據(jù)調(diào)制，輸出類似正弦波的信號，有效減少諧波干擾，提升電磁兼容性（EMC），確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

靈活的電流調(diào)節(jié)與保護(hù)機(jī)制

提供20個可選的電流調(diào)節(jié)步驟，方便進(jìn)行場強(qiáng)測量（RSSI）。同時，輸出驅(qū)動級具備電氣和熱過載保護(hù)功能，有效防止IC因異常情況損壞，延長使用壽命。

低功耗與便捷的接口設(shè)計

功耗方面，掉電模式下電流消耗極低，有助于降低系統(tǒng)整體功耗。SPI接口的設(shè)計，方便與微控制器連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和控制。此外，LF數(shù)據(jù)緩沖器的存在，可減少微控制器在數(shù)據(jù)傳輸過程中的CPU負(fù)載。

引腳配置與功能

ATA5279采用QFN48封裝，尺寸僅為7mm×7mm，節(jié)省電路板空間。其引腳功能豐富多樣，涵蓋了電源供應(yīng)、參考接地、電容連接、SPI通信、驅(qū)動輸出等多個方面。例如，VS引腳用于電池供電，RGND為參考接地，CINT用于連接積分電容，而SPI相關(guān)引腳（MISO、MOSI、S_CS、S_CLK）則實(shí)現(xiàn)了與微控制器的通信。

功能模塊剖析

多種工作模式

• 掉電模式：芯片上電后默認(rèn)進(jìn)入此模式，內(nèi)部電路不工作，功耗最低。通過在NRES引腳施加至少$t_{NRES,min}$的負(fù)脈沖可進(jìn)入該模式。
• 空閑模式：從掉電模式喚醒后進(jìn)入，振蕩器運(yùn)行，控制邏輯等待來自串行接口的命令，選定的輸出驅(qū)動級準(zhǔn)備就緒，電流消耗主要由有源驅(qū)動級的交叉電流決定。
• 工作模式：處理線圈驅(qū)動命令時進(jìn)入，輸出驅(qū)動級和DC - DC轉(zhuǎn)換器開始工作，電流消耗增加。
• 關(guān)機(jī)模式：檢測到線圈連接線路短路等故障時進(jìn)入，保護(hù)芯片免受損壞。此時接口處于空閑狀態(tài)，所有功率級關(guān)閉，不處理LF傳輸命令?？赏ㄟ^復(fù)位故障狀態(tài)命令或復(fù)位芯片退出該模式。
• 診斷模式：用于檢測線圈連接線路故障。輸出驅(qū)動級禁用，激活高阻電流源，可通過串行接口編程。通過適當(dāng)?shù)腟PI命令或復(fù)位芯片可退出該模式。

線圈驅(qū)動級

每個線圈的驅(qū)動級由兩個N通道DMOS晶體管組成，低側(cè)晶體管采用達(dá)林頓配置，保持源極跟隨特性。驅(qū)動級由三個VDS引腳供電，內(nèi)部相互連接。靜態(tài)電流調(diào)節(jié)確?？臻e狀態(tài)下交叉電流低，同時對輸出晶體管進(jìn)行電流和溫度監(jiān)測，防止因負(fù)載異?；颦h(huán)境溫度過高而損壞。此外，驅(qū)動級針對信號質(zhì)量進(jìn)行了優(yōu)化，減少諧波失真。

正弦波發(fā)生器

內(nèi)部生成正弦波線圈驅(qū)動信號，其幅度取決于測量的線圈電流，頻率源自振蕩器級。信號的峰 - 峰幅度由連接到CINT引腳的外部積分電容上的電壓直接定義，經(jīng)過內(nèi)部處理后放大并電平轉(zhuǎn)換到所需輸出電平。輸出信號具有接近電源電壓一半的直流偏移，最大可能幅度與每個電源約有3V的距離。

升壓轉(zhuǎn)換器

線圈驅(qū)動級可由升壓配置的DC - DC轉(zhuǎn)換器供電。與外部的扼流圈、續(xù)流二極管和電容配合，可將電池電壓提升到所需值，該值取決于線圈的阻抗和所選電流。轉(zhuǎn)換器僅在有源傳輸期間啟用，通過測量低側(cè)開關(guān)的峰值電流$IvL$和輸出電壓$VDS$，在值超過上限時關(guān)閉轉(zhuǎn)換器操作，避免損壞。

線圈電流檢測

線圈電流通過外部分流電阻，產(chǎn)生與電流相關(guān)的電壓，通過VSHS引腳輸入到IC。通過監(jiān)測該信號的過零事件，可確定線圈電流的相位并采樣正峰值。將峰值線圈電流與內(nèi)部參考電壓相減，得到調(diào)節(jié)差值，經(jīng)放大后輸入到連接到CINT引腳的外部積分電容，該電容上的電壓直接影響正弦波信號的幅度和升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓。

診斷功能

持續(xù)監(jiān)測六個線圈的正（AxP）、負(fù)（AxN）連接線路，檢測到短路、開路或過溫等故障時，采取保護(hù)和診斷措施，如關(guān)閉所有線圈驅(qū)動級、斷開分流電阻與線圈回路線的連接、存儲故障原因、觸發(fā)中斷請求等?？赏ㄟ^SPI命令重置故障寄存器，使芯片恢復(fù)正常工作。在診斷模式下，可通過測試結(jié)構(gòu)檢測線圈連接線路的故障情況。

SPI通信接口

用于選擇所需線圈和電流、向IC提供LF數(shù)據(jù)、選擇并啟動LF傳輸以及讀取狀態(tài)信息。具備芯片選擇輸入，可啟用或禁用通信。從掉電模式喚醒后，需等待$>200$時間后再發(fā)送SPI命令，以啟動內(nèi)部電源電壓和穩(wěn)定諧振器頻率。接口配置為從設(shè)備，需要主設(shè)備（如微控制器）操作，最大輸入時鐘頻率為OSCI引腳系統(tǒng)時鐘的1/4，支持四種不同的操作模式，可通過SPI命令選擇配置模式。

命令緩沖區(qū)

采用先進(jìn)先出（FIFO）類型的緩沖區(qū)，位于SPI和調(diào)制器級之間，可存儲多達(dá)128位數(shù)據(jù)，組織為16個8位字。微控制器可通過SPI以全速寫入與線圈驅(qū)動相關(guān)的命令和數(shù)據(jù)，減少CPU和總線負(fù)載。緩沖區(qū)在掉電或故障關(guān)閉后重置，可在數(shù)據(jù)調(diào)制期間填充，當(dāng)緩沖區(qū)填充狀態(tài)低于6字節(jié)或發(fā)生FIFO溢出時，會觸發(fā)中斷請求。

控制邏輯

處理來自SPI的所有信息，控制功率級，并收集和評估診斷信息。調(diào)制器級根據(jù)命令緩沖區(qū)的信息控制線圈驅(qū)動，LF數(shù)據(jù)以開關(guān)鍵控（OOK）方式傳輸，支持3.9Kbit/s和5.7Kbit/s兩種數(shù)據(jù)速率。通過MACT和BCNT引腳可跟蹤LF數(shù)據(jù)傳輸。

應(yīng)用與注意事項(xiàng)

典型應(yīng)用電路

文檔提供了典型應(yīng)用原理圖和物料清單（BOM），在設(shè)計電路時，需注意一些細(xì)節(jié)：如R1應(yīng)大于等于1Ω以確保正常工作，Ce應(yīng)小于4nF（推薦1nF）等。此外，對于負(fù)電流在MISO引腳導(dǎo)致電壓低于 - 0.6V的情況可能會導(dǎo)致芯片復(fù)位，需特別注意。

功能參數(shù)與性能指標(biāo)

文檔詳細(xì)列出了各種功能參數(shù)，包括電源供應(yīng)、升壓轉(zhuǎn)換器、振蕩器、驅(qū)動級、線圈回路線和診斷級、零交叉檢測器、積分器級、參考電壓和數(shù)字接口等方面的參數(shù)。這些參數(shù)在特定的電壓和溫度范圍內(nèi)有效，為設(shè)計和測試提供了重要依據(jù)。

應(yīng)用提示

在實(shí)際應(yīng)用中，可參考相關(guān)應(yīng)用筆記，如“ATAN0003_ATA5279_Application_Hints”和“LF Antenna Driver ATA5279C Thermal Considerations and PCB Design Suggestions”，以確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。同時，需注意避免在正常工作條件下觸發(fā)芯片的保護(hù)功能，防止因過熱導(dǎo)致芯片壽命縮短。

總結(jié)

Atmel ATA5279/ATA5279C以其強(qiáng)大的多天線驅(qū)動能力、出色的信號處理性能、豐富的保護(hù)和診斷功能以及便捷的接口設(shè)計，為無源進(jìn)入/啟動（PEG）系統(tǒng)等應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計相關(guān)電路時，我們應(yīng)充分了解其特性和功能，合理選擇參數(shù)和配置，以實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。你在使用類似IC時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。