MAX6921/MAX6931：20 输出、76V 串行接口 VFD 管驱动器的全面解析

在硬件设计开发的领域中，VFD（真空荧光显示）管驱动器占据着重要的地位。今天，我们就来详细探讨一下 Maxim 公司推出的 MAX6921/MAX6931 这两款 20 输出、76V 串行接口的 VFD 管驱动器。

文件下载：MAX6921.pdf

一、产品概述

MAX6921/MAX6931 能够将多路复用 VFD 管连接到 VFD 控制器（如 MAX6850 - MAX6853）或微控制器，同时也适用于驱动静态 VFD 管或电信继电器。它采用行业标准的 4 线串行接口（CLOCK、DATA、LOAD、BLANK），与 Maxim 或行业标准的 VFD 驱动器和控制器兼容。

器件特点区分

MAX6921 具备串行接口数据输出（DOUT），可使任意数量的器件在同一串行接口上进行级联；而 MAX6931 拥有负电源电压输入（VSS），能让驱动器的输出摆幅变为双极性，从而在许多应用中简化灯丝偏置。

封装形式

MAX6921 有 28 引脚 TSSOP、SO 和 PLCC 封装可供选择，MAX6931 则采用 28 引脚 TSSOP 封装。此外，Maxim 还提供 12 输出 VFD 驱动器（MAX6920）和 32 输出 VFD 驱动器（MAX6922/MAX6932），满足不同的设计需求。

二、产品特性亮点

高性能接口与电源范围

• 具备 5MHz 行业标准 4 线串行接口，能实现高速数据传输。
• 逻辑电源范围为 3V 至 5.5V，管电源范围为 8V 至 76V，MAX6931 的灯丝偏置电源范围为 -11V 至 0V，这使得它在不同电源环境下都能稳定工作。

  强大的输出能力

• 采用推挽式 CMOS 高压输出，输出可连续提供 40mA 电流，吸收 4mA 电流，还能提供 75mA 的重复脉冲电流。
• 输出可以并行连接，以实现更高的电流驱动能力，并且任何输出都可作为栅极或阳极驱动器。

  便捷的控制功能

• BLANK 输入可简化 PWM 强度控制，高电平有效时可强制所有驱动器输出为低电平，关闭显示并使器件进入关断模式，还能通过直接对 BLANK 输入进行脉冲宽度调制来控制显示强度。

  宽温度范围与小封装

• 工作温度范围为 -40°C 至 +125°C，保证了在不同环境下的可靠性。
• 采用小尺寸的 28 引脚 TSSOP 封装，节省电路板空间。

在硬件设计中，推挽式CMOS高压输出在VFD管驱动器中具有显著优势。推挽式结构能够提供较强的驱动能力，可有效驱动VFD管的阳极和栅极。它可以在高电平输出时提供较大的电流，确保VFD管的正常发光；在低电平输出时，又能快速吸收电流，实现快速的信号切换。这对于提高VFD管的显示效果和响应速度非常关键。

三、电气特性分析

电压与电流参数

在典型工作电路中，逻辑电源电压 (V{CC}) 范围为 3V 至 5.5V，管电源电压 (V{BB}) 范围为 8V 至 76V，MAX6931 的偏置电源电压 (V{SS}) 范围为 -11V 至 0V，总电源电压 (V{BB}-V{SS}) 最大为 76V。不同输出状态下，逻辑电源工作电流 (I{CC}) 和管电源工作电流 (I_{BB}) 会有所变化，并且受温度影响。

输出电压与时间参数

• 高压输出 (V{H}) 和低压输出 (V{L}) 会根据不同的 (V{BB}) 和 (I{OUT}) 以及温度条件而变化。
• 输出的上升时间 (t{R}) 和下降时间 (t{F}) 在特定条件下有相应的典型值，串行接口的各种时序特性也有明确的参数要求，如 LOAD 上升到 OUT 下降延迟、BLANK 上升到 OUT 下降延迟等。

四、详细工作原理

4 线串行接口

MAX6921/MAX6931 通过 4 线串行接口（DIN、CLK、LOAD、DOUT，MAX6921 才有 DOUT）进行数据传输和控制。CLK 作为接口时钟，在其上升沿将数据移入 20 位移位寄存器；LOAD 高电平时，数据从移位寄存器透明传输到输出锁存器，在其下降沿锁存数据；DIN 为接口数据输入，需在 CLK 上升沿采样时保持稳定；DOUT 则在 CLK 上升沿将数据从移位寄存器移出。BLANK 输入可独立控制输出状态，高电平时强制输出为低电平，不改变输出锁存器内容，常用于 PWM 强度控制。

输出结构与特性

每个驱动器输出是经过压摆率控制的 CMOS 推挽开关，在 MAX6921 中输出在 (V{BB}) 和 GND 之间摆动，在 MAX6931 中在 (V{BB}) 和 (V_{SS}) 之间摆动。输出上升时间慢于下降时间，可避免输出转换时的直通电流，同时压摆率能在降低 EMI 的同时，不影响典型的 100µs 数字多路复用周期和显示强度。

五、实际应用要点

输出电流与并联

每个输出的连续电流源能力为 40mA，可驱动高达 75mA 的重复峰值电流，但需满足一定的导通时间和占空比要求。同一封装内的输出可以并联以提高电流驱动能力或降低输出电阻，但要确保接口控制能使输出处于相同电平。安全的并联方式是使用二极管防止输出吸收电流，并根据不同情况选择合适的外部放电电阻。

功率耗散计算

对于静态管驱动器和多路复用管驱动器，需要分别使用不同的公式计算功率耗散 (P_{D})。在设计时，要确保所选封装的最大耗散额定值不被超过，并且在使用多个驱动器时，尽量均匀分配平均耗散。

电源考虑

MAX6921/MAX6931 采用多电源电压工作，需使用 0.1µF 电容将 (V{CC})、(V{BB}) 和 (V{SS})（仅 MAX6931）电源引脚旁路到 GND。在多路复用应用中，可能需要在 (V{BB}) 电源上添加 1µF 或更大的大容量电解电容。电源供电顺序不重要，但在逻辑电源 (V_{CC}) 未工作时，不要驱动逻辑输入。

驱动器级联（仅 MAX6921）

多个 MAX6921 可以通过将每个驱动器的 DOUT 连接到下一个驱动器的 DIN 进行级联。当 (V{CC} ≥ 4.5V) 时，可在 5MHz CLK 全速级联；当 (V{CC}<4.5V) 时，较长的传播延迟会将最大级联 CLK 限制为 4MHz。

综上所述，MAX6921/MAX6931 是两款功能强大、性能优越的 VFD 管驱动器，在众多领域都有广泛的应用前景。在实际设计中，电子工程师需要根据具体需求，合理运用其特性，确保设计的可靠性和稳定性。大家在使用这两款驱动器时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。