探索 TPS2231 和 TPS2236：ExpressCard 电源接口开关的卓越之选

在现代电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环。对于支持 ExpressCard 标准的设备而言，选择合适的电源接口开关尤为关键。今天，我们就来深入了解一下德州仪器（Texas Instruments）推出的 TPS2231 和 TPS2236 ExpressCard 电源接口开关。

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产品概述

TPS2231 和 TPS2236 是专门为 ExpressCard 规范设计的电源接口开关，它们能够提供 ExpressCard 规范所需的全面电源管理解决方案。这两款开关可以将 3.3V、AUX 和 1.5V 电压分配到 ExpressCard 插槽，并且每个电压轨都配备了集成的限流电路，以确保系统的安全和稳定运行。

特性亮点

• 符合标准：完全符合 ExpressCard 标准（ExpressCard|34 或 ExpressCard|54），并满足 ExpressCard 合规检查表和实施指南的要求。
• 支持唤醒功能：支持具有唤醒功能的系统，为设备的低功耗运行提供了便利。
• TTL 逻辑兼容输入：方便与其他逻辑电路进行接口，简化了系统设计。
• 保护功能：具备短路和热保护功能，工作温度范围为 -40°C 至 85°C，能够适应各种恶劣环境。
• 多种封装选择：提供 20 引脚 TSSOP、24 引脚 PowerPAD™ HTSSOP（单通道）和 32 引脚 PowerPAD™ HTSSOP（双通道）等多种封装形式，满足不同应用的需求。

应用领域

TPS2231 和 TPS2236 的应用范围非常广泛，包括笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理（PDA）、数码相机、电视和机顶盒等设备。

技术参数详解

绝对最大额定值

在使用 TPS2231 和 TPS2236 时，需要注意其绝对最大额定值，以避免对设备造成永久性损坏。这些参数包括输入电压范围、输出电压范围、连续总功耗、输出电流等。例如，输入电压范围为 -0.3V 至 6V，输出电压范围同样为 -0.3V 至 6V，不同电压轨的输出电流也有相应的限制。

耗散额定值

耗散额定值反映了设备在不同温度下的功率处理能力。不同封装形式的设备在不同温度下的功率额定值和降额因子有所不同。例如，PW（20）封装在 25°C 时的功率额定值为 704.2mW，当温度超过 25°C 时，降额因子为 7.41mW/°C。

推荐工作条件

为了确保设备的正常运行，需要在推荐工作条件下使用。推荐工作条件包括输入电压、输出电流和工作虚拟结温等参数。例如，3.3VIN 的输入电压范围为 3V 至 3.6V，1.5VIN 的输入电压范围为 1.35V 至 1.65V，不同电压轨的输出电流也有相应的限制。

电气特性

电气特性是评估设备性能的重要指标。TPS2231 和 TPS2236 的电气特性包括电源开关电阻、短路输出电流、热关断、电流限制响应时间、输入静态电流等。例如，在 25°C 时，3.3VIN 到 3.3VOUT 的电源开关电阻典型值为 45mΩ，短路输出电流的稳态值在不同电压轨上有所不同。

开关特性

开关特性描述了设备在开关过程中的性能。包括输出上升时间、输出下降时间、导通传播延迟和关断传播延迟等参数。这些参数对于确保设备的快速响应和稳定运行至关重要。例如，在特定条件下，3.3VIN 到 3.3VOUT 的输出上升时间典型值为 0.1ms 至 3ms。

引脚分配与功能

引脚分配

TPS2231 和 TPS2236 不同封装形式的引脚分配有所不同。主要引脚包括 3.3VIN、1.5VIN、AUXIN、GND、3.3VOUT、1.5VOUT、AUXOUT、SYSRST、CPPE、CPUSB、PERST、SHDN、STBY、RCLKEN 和 OC 等。

引脚功能

• CPPE 和 CPUSB：用于检测插入的卡是否支持 PCI Express 或 USB 功能。当卡插入时，如果卡支持相应功能，这些引脚会被拉低。
• SHDN：关机输入，低电平有效，用于关闭所有电压输出并激活放电 FET。
• STBY：待机输入，低电平有效，可使电源开关进入待机模式。
• RCLKEN：参考时钟使能信号，既可以作为输入，也可以作为输出。在电源上电时，当所有输出功率轨在公差范围内时，该信号会从低电平变为高电平。
• PERST：逻辑电平电源良好信号，用于指示电源轨是否在公差范围内。在电源上电时，该信号保持低电平，直到所有电源轨在公差范围内且 RCLKEN 释放后，经过一定时间延迟后变为高电平。
• SYSRST：系统复位输入，低电平有效，直接影响 PERST 信号。
• OC：过流状态输出，当任何一个电源开关处于过流状态时，该引脚会被拉低。

功能真值表与电源状态

功能真值表

通过功能真值表可以清晰地了解不同输入条件下的电压输出和逻辑输出状态。例如，在关机模式下，所有输入电压为任意值，SHDN 为低电平，此时所有输出电压为 GND。

电源状态

TPS2231 和 TPS2236 具有多种电源状态，包括 OFF 模式、Shutdown 模式、No Card 模式、Card Inserted 模式和 Standby 模式等。不同的电源状态取决于输入电压、卡的插入状态以及控制信号的状态。例如，当 AUXIN 不存在时，所有输入到输出的电源开关都处于关闭状态（OFF 模式）；当 AUXIN 存在且 SHDN 被断言（低电平）时，所有输入到输出的电源开关关闭，输出放电 FET 打开（Shutdown 模式）。

应用信息

ExpressCard 简介

ExpressCard 模块是一种基于 PCI Express 和/或通用串行总线（USB）技术的串行接口扩展卡，有 ExpressCard|34 和 ExpressCard|54 两种尺寸规格。主机系统需要为每个 ExpressCard 插槽提供 3.3V、1.5V 和 AUX 电压，并且只有在插入 ExpressCard 后才会施加电压。

电源开关操作

ExpressCard 电源开关位于主机上，其主要功能是根据卡的插入状态和主机系统的电源状态来控制何时向 ExpressCard 插槽发送电源。具体操作条件如下：

• 当 ExpressCard 电源开关的主电源和辅助电源都关闭时，无论卡是否存在，所有到 ExpressCard 连接器的电源都关闭。
• 当 ExpressCard 电源开关的主电源和辅助电源都打开时，只有在检测到卡插入后才会向 ExpressCard 施加电源。
• 当 ExpressCard 电源开关的主电源（+3.3V 或 +1.5V）关闭而辅助电源打开时，根据卡的插入状态和系统的电源状态，电源开关会采取不同的操作。

时序图

文档中提供了多个时序图，展示了不同情况下电源和逻辑输入输出之间的时序关系，包括卡插入前主机电源开启、主机电源开启后卡插入、主机系统处于待机状态下卡插入、主机控制电源关闭、SHDN 断言时的受控电源关闭以及意外卡移除等情况。这些时序图对于理解设备的工作原理和设计系统的时序非常有帮助。

总结

TPS2231 和 TPS2236 作为 ExpressCard 电源接口开关，具有丰富的特性和功能，能够满足 ExpressCard 设备的电源管理需求。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的设计要求，合理选择封装形式，关注设备的各项参数和特性，确保系统的稳定运行。同时，通过深入理解引脚功能、电源状态和时序关系，可以更好地设计和优化 ExpressCard 系统。你在使用这些电源接口开关时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。