芯格诺XP2116：转模拟调光自带协议数字通讯端口方案

芯格诺(X-Signal Integrated)推出了倍受期待的LED驱动数字电源芯片XP2116，采用全程直流(DC)调光技术，将调光深度推进至千分之一，调光分辨率更是高达16bit(十万分之二)，具有串口（UART）数字通讯端口最多可以支持 7 个不同的地址，以实现高达七通道控制。

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一、XP2115简介

XP2116 产品是一款用于固态照明（Solid State Lighting）的 DC/DC 降压（Buck）数字调光驱动专用芯片。此产品支持输入电压范围 20V-80V，功率范围 5W-150W。XP2116 可以实现低至 0.1%无微闪，无台阶感的平滑调光。同时，XP2116 可以支持完全调灭,并确保无回闪或鬼火。

在中高调光区间，XP2116 工作在连续导通模式（CCM）下，通过调节电感峰值以及平均电流实现纯直流（DC）调光功能。在低调光区间，XP2116 工作在低纹波的组激发（Group Burst）模式下，通过调节激发占空比实现调光。得益于 XPC 数字内核的精准控制，无论在哪种模式下，XP2116 都将 LED 电流纹波控制在很低的水平。结合一定的输出电容，XP2116 可真正实现高品质全程 DC 调光。

同时，XPC 数字内核使得 XP2116 具备卓越的线性和负载调整率。无论输出电压低达 5V 还是高达 90%的输入电压，LED 电流的偏差可以控制在+-3%以内。并且即使在最低调光点，XP2116 的负载/线性调整率依然可以接近100%调光的水平。

XP2116 具有串口（UART）数字通讯端口。RX 接受 3.3V 或 5V 的逻辑输入；而根据不同 CFG 配置，TX 可以发送 3.3V 逻辑或者选择开漏输出。XP2116 最多可以支持 7 个不同的地址，以实现高达七通道控制。UART 口可以用作两种模式的调光，配置，以及信息读取。

二、方案设计

 

 

2.功能测试

2.1 负载调整率测试

 

 

2.2 PWM调光测试

Vo=58V的调光效果实测

 

Vo=30V的调光效果实测

Vo=3V的调光效果实测

 

 

2.3 特色技术：UART数字通信接口

 

2.3.1 工作时序

2.3.2 UART 信号检测和格式

XP2116 可以支持 9600 – 115200bps 之间任意的波特率通讯。XP2116 能够自动识别上位机 MCU 发来的波特率，并匹配其波特率进行回传。为了防止开关噪音干扰，RX 口有 280nS 的毛刺屏蔽功能。另外，XP2116 在 115200bps 下，可以支持最多+-5%的占空比畸变。高低电平差异最多可以支持到8.25uS vs. 9.11uS。下图为单字节写操作 UART 通讯的信号格式（LSB 在前，MSB 在后）：

注意每帧之间，必须隔开至少 3 bit 的时间用于断帧，不然 XP2116 将无法正确识别。另外，XP2116 的工作模式为半双工，在 XP2116 的 TX 回复期间，上位机不允许对 RX 进行通讯。必须等 TX 回复完后停滞 3bit 断帧后，才允许下一个命令。举例，如果想要对 UART ID = 1 的 XP2116 的 0x20 地址写 0xFF，则四个字节的内容分别是：0x55，0x09，0x20，0xFF。下图为单字节读操作的的 UART 通讯信号格式（LSB 在前，MSB 在后）：

2.3.3 调光工作模式

XP2116 有两种调光控制模式：普通模式和专家模式，对应的寄存器操作见寄存器表。普通模式支持两路 Dim1 和 Dim2 调光，每一路分辨率为 11bit，即 1/2048，2047 代表 100%。XP2116 会将 dim1 和 dim2 的调光命令在内部相乘，产生最终的调光百分比输出。而专家模式仅支持一路调光，分辨率 16bit，即 1/65536，65535 代表 100%。

普通调光模式内建 RC 过渡，即 MCU 只需要给定目标%，XP2116 会从当前调光%，经过 RC 过渡到目标%，过渡的中间值无需MCU 给出。并且 MCU 可以配置过渡时间长度。专家模式下，XP2116 内部不会做任何过渡，需要 MCU 给出每一个中间过渡值实现过渡曲线。示意图如下：

 

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总结

XP2116方案支持输入电压范围 20V-80V，功率范围 5W-150W。全面优化动态响应、待机功耗、效率和噪音等核心指标，同时实现千分之一的深度调光，以及16bit的高调光精度。在柔光调光的处理上也更为细腻，可以避免抖动、闪烁、延迟等现象，让人眼观感更舒适。通过UART数字通信接口设置可以满足适合所有协议调光产品。