LMP92018 模拟系统监控与控制器技术文档总结

LMP92018是一个完整的模拟监控与控制电路，集成了一个八通道10位模数转换器（ADC）、四个10位数模转换器（DAC）、一个内部参考、一个内部温度传感器、一个12位GPIO端口和一个10MHz SPI接口。

ADC的八个通道可用于监测轨道电压、电流感应放大器输出、健康监测或传感器，而四个DAC则可用于控制功率放大器（PA）偏置点、控制执行器、电位器等。
*附件：lmp92018.pdf

ADC和DAC都可以独立使用内部2.5V参考或外部参考，从而在系统设计上提供灵活性。

内置的数字温度传感器能够实现准确（±2.5°C）局部温度测量，其数值被记录在用户可访问的寄存器中。

LMP92018还包含一个12位GPIO端口，允许进一步扩展微控制器的资源，从而提供更大的灵活性，减少与微控制器的信号接口数量。

GPIO端口和兼容SPI接口均有独立的供电引脚，使LMP92018能够与低压微控制器接口。

该LMP92018采用节省空间的36针WQFN封装，适用于整个-30°C至+85°C温度范围。

特性

• 8个模拟电压监测通道
  • 10位ADC带可编程输入多路器
  • 内部/外部参考
  • 在较低采样率下能容忍高源阻抗
• 4个可编程模拟电压输出
  • 四个10位DAC
  • 内部/外部参考
  • 硬盘负载最高可达1nF
• 电压参考
  • 用户可选择源：外部或内部
  • 内部参考 2.5V
• 温度传感器
  • ±2.5°C 精度
• 12位GPIO端口
  • 每个位元都可以单独编程
  • 用户可选轨道
• SPI 兼容总线
  • 用户可选轨道

参数

方框图

LMP92018 是德州仪器（TI）推出的集成式模拟系统监控与控制芯片，整合 8 通道 10 位 ADC、4 通道 10 位 DAC、温度传感器、12 位 GPIO 端口及 SPI 接口，支持内 / 外部参考电压切换，适配通信基础设施、工业监控与控制系统等场景，以高集成度、灵活配置和低功耗为核心优势。

一、芯片基础信息与核心特性

1. 基础规格

• 文档与型号 ：文档编号 SNAS514B，2011 年 11 月发布、2013 年 5 月修订，采用 36 引脚 WQFN 封装（6mm×6mm），底部带热焊盘（DAP）。
• 供电与温度 ：主电源（VDD）4.75V-5.25V，GPIO 电源（VGPIO）和 SPI 电源（VIO）1.8V-VDD；工作温度 - 30°C 至 85°C，存储温度 - 65°C 至 150°C。
• 封装与散热 ：热焊盘需焊接至 PCB 接地平面，结到环境热阻 25.2°C/W，结到壳热阻 2.4°C/W，保障散热效率。

2. 核心性能指标

• ADC 性能 ：10 位分辨率，无失码；DNL±1 LSB，INL±1 LSB；10kHz 输入信号时 SINAD 58 dB，THD-69 dB，SFDR 70 dBc；支持 8 通道模拟输入，输入范围等于参考电压（内参考 2.5V）。
• DAC 性能 ：10 位分辨率，单调输出；DNL±0.5 LSB，INL±2 LSB；满量程误差 ±0.4% FS，增益温度漂移 1.4 ppm/°C；每通道可独立使能 / 禁用，输出驱动能力支持最大 1nF 负载电容。
• 辅助功能 ：内置温度传感器，精度 ±2.5°C，分辨率 0.0625°C；2.5V 内部参考电压，容差 ±0.15%，温度漂移 17 ppm/°C；12 位 GPIO 端口，支持双向配置，逻辑电平参考 VGPIO。
• 功耗优化 ：转换模式功耗 21 mW（VDD=5V），掉电模式功耗仅 50 μA；SPI 接口最高速率 10 MHz，适配高速通信需求。

二、关键功能模块与工作原理

1. 核心功能模块

• 模拟输入监控（ADC 子系统） ：
  • 8 通道模拟输入（IN [7:0]），通过多路选择器切换，支持高源阻抗输入（低采样率场景）。
  • 采样与转换由 SPI 时序控制，跟踪时间（t_TRACK）和保持时间（t_HOLD）可通过 SPI 时钟配置，转换结果为 10 位无符号整数。
  • 参考电压可选择内部 2.5V 或外部输入（2.5V-VDD），输入信号衰减比随参考源自动调整。
• 模拟输出控制（DAC 子系统） ：
  • 4 通道电压输出（OUT [3:0]），基于电阻串架构，输出电压与参考电压和输入码值成正比。
  • 支持单通道独立配置或 4 通道同步更新，禁用时输出呈高阻态，输入寄存器保持当前值。
  • 参考电压与 ADC 独立选择，内部参考模式下输出缓冲器自动配置为 2 倍增益，外部参考模式为 1 倍增益。
• 辅助功能模块 ：
  • 温度传感器：支持连续转换和单次转换模式，输出 12 位有符号数据，可通过 SPI 读取。
  • 12 位 GPIO：每引脚可独立配置为输入 / 输出，输入电容 4 pF，输出驱动能力支持 200 μA-1.6 mA 电流。
  • 电压参考：内部 2.5V 参考可驱动外部负载，最大输出电流 1 mA，负载调整率 - 0.6%。

2. 工作原理

• 模拟信号经 ADC 通道采集后，通过 SPI 接口上传至控制器；控制器通过 SPI 配置 DAC 输出电压，实现对外部设备的模拟控制。
• 温度传感器实时监测芯片温度，GPIO 端口可扩展数字输入 / 输出功能；内 / 外部参考电压切换通过寄存器配置，适配不同精度和电压范围需求。
• SPI 接口采用 24 位帧格式（8 位命令 + 16 位数据），支持读 / 写操作、多芯片级联（菊花链模式），数据传输 MSB 优先。

三、应用场景与设计建议

1. 典型应用

• 通信基础设施 ：监控电源轨电压、电流检测放大器输出，控制功率放大器（PA）偏置点。
• 工业监控与控制 ：采集传感器信号（温度、压力等），驱动执行器、电位器等模拟负载。
• 系统健康监控 ：实时监测多通道模拟信号和芯片温度，通过 GPIO 输出状态指示或控制信号。

2. 设计注意事项

• 电源与接地 ：模拟地与数字地共地，各电源引脚就近并联 0.1 μF 去耦电容；热焊盘必须可靠接地，降低噪声并提升散热。
• 参考电压配置 ：内部参考电压适合高精度场景，外部参考需保证电压稳定性（2.5V-VDD），避免干扰。
• 输入 / 输出匹配 ：ADC 输入源阻抗建议低于 4kΩ，确保采样精度；DAC 输出负载电容不超过 1nF，避免影响输出稳定性。
• ESD 防护 ：芯片内置 ESD 保护有限（HBM 2500V、CDM 1500V），存储和操作时需将引脚短接或置于导电泡沫中。

四、关键配置与操作要点

1. 核心功能配置

• 参考电压选择 ：通过 CREF 寄存器配置 ADC 和 DAC 的参考源（内 / 外部独立选择），支持深度睡眠模式。
• ADC/DAC 配置 ：ADC 通过 SPI 命令选择采样通道并读取转换结果；DAC 可单通道更新或 4 通道同步更新，输入码值为 10 位无符号整数。
• 温度传感器配置 ：支持连续转换（后台运行）和单次转换（SPI 触发），转换时间约 25.85 ms，结果通过 SPI 读取。
• GPIO 配置 ：通过 CGPIO 寄存器配置引脚方向（输入 / 输出），CGPO 寄存器设置输出状态，SGPI 寄存器读取输入状态。

2. SPI 接口操作

• 通信格式 ：4 线 SPI 接口（CSB/SCLK/DIN/DOUT），CSB 低电平启动传输，至少 24 个 SCLK 周期完成一次有效传输。
• 命令类型 ：包含 ADC/DAC 配置、参考电压选择、GPIO 控制、温度读取等指令，读操作需 2 个 SPI 帧，写操作需 1 个 SPI 帧。
• 多芯片级联 ：支持菊花链连接，多个芯片共享 SPI 总线，通过 CSB 信号同步解码各自数据。