Atmel ATA5279/ATA5279C：多天线LF线圈驱动IC的全方位解析

在电子设备设计中，低功耗、高性能的天线驱动IC一直是我们追求的目标。Atmel公司的ATA5279/ATA5279C，作为一款专为无源进入/启动（PEG）系统设计的LF线圈驱动IC，具有卓越的性能和丰富的功能。下面我们就来深入了解一下这款IC。

文件下载：ATA5279C-WGQW.pdf

核心特性解读

强大的多天线驱动能力

ATA5279具备六个用于串联谐振LF线圈天线的连接接口，可轻松应对多天线设计需求。它能在前三个通道输出高达1A的峰值电流，后三个通道输出高达700mA的峰值电流，且受电池电压影响小，为不同天线提供稳定的驱动电流。

出色的信号调制与EMC性能

支持高达5.7Kbit/s（曼彻斯特编码）的开关键控数据调制，输出类似正弦波的信号，有效减少谐波干扰，提升电磁兼容性（EMC），确保数据传输的稳定性和可靠性。

灵活的电流调节与保护机制

提供20个可选的电流调节步骤，方便进行场强测量（RSSI）。同时，输出驱动级具备电气和热过载保护功能，有效防止IC因异常情况损坏，延长使用寿命。

低功耗与便捷的接口设计

功耗方面，掉电模式下电流消耗极低，有助于降低系统整体功耗。SPI接口的设计，方便与微控制器连接，实现数据的快速传输和控制。此外，LF数据缓冲器的存在，可减少微控制器在数据传输过程中的CPU负载。

引脚配置与功能

ATA5279采用QFN48封装，尺寸仅为7mm×7mm，节省电路板空间。其引脚功能丰富多样，涵盖了电源供应、参考接地、电容连接、SPI通信、驱动输出等多个方面。例如，VS引脚用于电池供电，RGND为参考接地，CINT用于连接积分电容，而SPI相关引脚（MISO、MOSI、S_CS、S_CLK）则实现了与微控制器的通信。

功能模块剖析

多种工作模式

• 掉电模式：芯片上电后默认进入此模式，内部电路不工作，功耗最低。通过在NRES引脚施加至少$t_{NRES,min}$的负脉冲可进入该模式。
• 空闲模式：从掉电模式唤醒后进入，振荡器运行，控制逻辑等待来自串行接口的命令，选定的输出驱动级准备就绪，电流消耗主要由有源驱动级的交叉电流决定。
• 工作模式：处理线圈驱动命令时进入，输出驱动级和DC - DC转换器开始工作，电流消耗增加。
• 关机模式：检测到线圈连接线路短路等故障时进入，保护芯片免受损坏。此时接口处于空闲状态，所有功率级关闭，不处理LF传输命令。可通过复位故障状态命令或复位芯片退出该模式。
• 诊断模式：用于检测线圈连接线路故障。输出驱动级禁用，激活高阻电流源，可通过串行接口编程。通过适当的SPI命令或复位芯片可退出该模式。

线圈驱动级

每个线圈的驱动级由两个N通道DMOS晶体管组成，低侧晶体管采用达林顿配置，保持源极跟随特性。驱动级由三个VDS引脚供电，内部相互连接。静态电流调节确保空闲状态下交叉电流低，同时对输出晶体管进行电流和温度监测，防止因负载异常或环境温度过高而损坏。此外，驱动级针对信号质量进行了优化，减少谐波失真。

正弦波发生器

内部生成正弦波线圈驱动信号，其幅度取决于测量的线圈电流，频率源自振荡器级。信号的峰 - 峰幅度由连接到CINT引脚的外部积分电容上的电压直接定义，经过内部处理后放大并电平转换到所需输出电平。输出信号具有接近电源电压一半的直流偏移，最大可能幅度与每个电源约有3V的距离。

升压转换器

线圈驱动级可由升压配置的DC - DC转换器供电。与外部的扼流圈、续流二极管和电容配合，可将电池电压提升到所需值，该值取决于线圈的阻抗和所选电流。转换器仅在有源传输期间启用，通过测量低侧开关的峰值电流$IvL$和输出电压$VDS$，在值超过上限时关闭转换器操作，避免损坏。

线圈电流检测

线圈电流通过外部分流电阻，产生与电流相关的电压，通过VSHS引脚输入到IC。通过监测该信号的过零事件，可确定线圈电流的相位并采样正峰值。将峰值线圈电流与内部参考电压相减，得到调节差值，经放大后输入到连接到CINT引脚的外部积分电容，该电容上的电压直接影响正弦波信号的幅度和升压转换器的输出电压。

诊断功能

持续监测六个线圈的正（AxP）、负（AxN）连接线路，检测到短路、开路或过温等故障时，采取保护和诊断措施，如关闭所有线圈驱动级、断开分流电阻与线圈回路线的连接、存储故障原因、触发中断请求等。可通过SPI命令重置故障寄存器，使芯片恢复正常工作。在诊断模式下，可通过测试结构检测线圈连接线路的故障情况。

SPI通信接口

用于选择所需线圈和电流、向IC提供LF数据、选择并启动LF传输以及读取状态信息。具备芯片选择输入，可启用或禁用通信。从掉电模式唤醒后，需等待$>200$时间后再发送SPI命令，以启动内部电源电压和稳定谐振器频率。接口配置为从设备，需要主设备（如微控制器）操作，最大输入时钟频率为OSCI引脚系统时钟的1/4，支持四种不同的操作模式，可通过SPI命令选择配置模式。

命令缓冲区

采用先进先出（FIFO）类型的缓冲区，位于SPI和调制器级之间，可存储多达128位数据，组织为16个8位字。微控制器可通过SPI以全速写入与线圈驱动相关的命令和数据，减少CPU和总线负载。缓冲区在掉电或故障关闭后重置，可在数据调制期间填充，当缓冲区填充状态低于6字节或发生FIFO溢出时，会触发中断请求。

控制逻辑

处理来自SPI的所有信息，控制功率级，并收集和评估诊断信息。调制器级根据命令缓冲区的信息控制线圈驱动，LF数据以开关键控（OOK）方式传输，支持3.9Kbit/s和5.7Kbit/s两种数据速率。通过MACT和BCNT引脚可跟踪LF数据传输。

应用与注意事项

典型应用电路

文档提供了典型应用原理图和物料清单（BOM），在设计电路时，需注意一些细节：如R1应大于等于1Ω以确保正常工作，Ce应小于4nF（推荐1nF）等。此外，对于负电流在MISO引脚导致电压低于 - 0.6V的情况可能会导致芯片复位，需特别注意。

功能参数与性能指标

文档详细列出了各种功能参数，包括电源供应、升压转换器、振荡器、驱动级、线圈回路线和诊断级、零交叉检测器、积分器级、参考电压和数字接口等方面的参数。这些参数在特定的电压和温度范围内有效，为设计和测试提供了重要依据。

应用提示

在实际应用中，可参考相关应用笔记，如“ATAN0003_ATA5279_Application_Hints”和“LF Antenna Driver ATA5279C Thermal Considerations and PCB Design Suggestions”，以确保电路的稳定性和可靠性。同时，需注意避免在正常工作条件下触发芯片的保护功能，防止因过热导致芯片寿命缩短。

总结

Atmel ATA5279/ATA5279C以其强大的多天线驱动能力、出色的信号处理性能、丰富的保护和诊断功能以及便捷的接口设计，为无源进入/启动（PEG）系统等应用提供了优秀的解决方案。作为电子工程师，在设计相关电路时，我们应充分了解其特性和功能，合理选择参数和配置，以实现最佳的系统性能。你在使用类似IC时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。