TPS65290：低 IDDQ PMIC 用于电池能量收集应用的深度解析

在当今电子设备追求低功耗、高效能的时代，电源管理集成电路（PMIC）起着至关重要的作用。TPS65290 作为德州仪器（Texas Instruments）推出的一款集成 PMIC，专为流量计量系统、低功耗能量收集、医疗、消费和商业电池操作应用而设计。本文将结合其用户指南，深入探讨 TPS65290 的相关特性、测试流程以及设计要点。

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一、TPS65290 简介

TPS65290 是一款集成 PMIC，适用于多种应用场景。它可以通过 USB2ANY 套件使用 SPI 进行控制，并且其评估模块（EVM）有助于在实际系统中对 TPS65290 进行评估。

1.1 I/O 描述

• 电源连接：包括输入电源（J1）、SPI 接口（J2）、LDO 和 MICRO 输出（J3）以及降压 - 升压输出（J7）等连接。
• 引脚功能：不同的引脚具有不同的功能，如 JP1 用于连接模拟 VIN 到主电源连接器，JP4 用于连接 VMAX 到 1µF 和 LDO 输入的节点等。

NUMBER	TYPE	LOCATION	SIGNAL	COMMENT
J1	I	N	Input supply	Connection to input supply
J2	I	N	SPI	Connection to SPI interface board
J3	O	S	LDO and MICRO outputs	Connection to MICRO and LDO output
J7	O	E	Buck - boost output	Connection to buck - boost output

NUMBER	FUNCTION	LOCATION	PLACEMENT	COMMENT
JP1	Supply connect	NW	Connect analog VIN(pin #2) to the main power connector(J1)	Fit in most cases
JP4	LDO input connector	W	Connect VMAX to the joint of 1µF and LDO input	Fit in most cases
JP8	Buck mini connection	S	Connection to Buck mini inductor	Fit only when Buck mini is used
JP8A	PWR_LDO2 connector	S	Connection to PWR_LDO2 output If buck - mini option available leave open	Not connect in BUCKmini mode
JP10	Buck MINI output ESR	S	When not fitted adds a 1 - Ω resistance to the output capacitor, allowing for a predictable ESR value for the BUCKmini mode. Fit for low IQQ LDO or zero leak circuit.	Fit according to test requirement
JP11	CE	S	Connect to VMICRO for enabling serial communication. Conect to GND for Vmicro only mode for lowest IDDQ consumption.	Fit according to test requirement
JP13	BB enable	SE	Connect to GND to disable BB (I2C can enable it). Connect to VMICRO to enable BB.	Fit according to test requirement

二、测试流程

2.1 硬件和软件设置

2.1.1 电源供应

需要一个能够提供 2.2 V - 5 V、3 A 的电源。建议使用短电缆将电源连接到 EVM 输入。如果必须使用长线路，建议在输入处添加一个 2,200 - µF 的电容，以提高输入电源的稳定性。

2.1.2 负载

使用电子负载或其他可变电阻来评估不同的负载条件。

2.1.3 输入电流表

在测量效率时，电流表必须具有低阻抗，以减少电压降的影响。在 EVM 的输入侧放置一个 2,200 - µF 的电容可以保证低阻抗。

2.1.4 USB2ANY 通信套件

USB2ANY 作为主机 PC 和 TPS65290 EVM 之间的接口适配器。它与主机 PC 通过 USB 通信，与 TPS65290 EVM 通过 SPI 通信。其硬件基于 TI MSP430F5529 16 位微控制器，集成了 USB 2.0。

2.1.5 软件

从 TI 网站（http://www.ti.com/product/tps65290）下载 GUI 和适当的驱动程序（PC - Software_v1.14.0.3.zip）。安装软件时，需要一个组装并编程的 USB2ANY 接口模块、具有 Microsoft® XP SP2（最低要求）或 Windows 7 操作系统且带有 .NET 2.0 框架和可用 USB 端口的计算机、软件压缩包以及 Type - A 到 Mini - B（5 针）USB 电缆和 10 针电缆连接器。

2.2 EVM 测试

2.2.1 上电顺序

1. 通过 USB 电缆将 USB2ANY 连接到主机计算机。
2. 启动 USB2ANY GUI 软件。
3. 在 USB2ANY 和 EVM 之间连接 10 针扁平电缆。
4. 为 EVM 输入上电。

2.2.2 USB2ANY GUI 启动

更改输入频率的分频器，使其与图中所示相同，使通信速度为 4 kHz。从低通信频率开始，以便于验证。每次更改红色框中的设置后，都要点击“Set SPI”使更改生效。

2.2.3 最低 IDDQ 模式下禁用 SPI 接口缓冲区的测试

当 JP11 连接到 GND 时，TPS65290 仅提供 Vmicro 电压，其他模块被禁用，以保持最低功耗。因此，在仅 Vmicro 模式下，SPI 通信不起作用。

Vmicro MODE	FIT THESE JUMPERS	DO NOT FIT THESE JUMPERS
TPS65290BM	JP1, JP4, JP8	JP8A, JP10 GND
TPS65290ZB	JP1, JP4, JP10, JP8A	JP8 GND
TPS65290LM	JP1, JP4, JP10, JP8A	JP8 GND

2.2.4 使用 SPI 接口的测试

将 JP11 连接到 Vmicro 以启用 SPI 接口缓冲区和数字模块。详细的 GUI 操作说明请参考 2.3 节。

2.3 GUI 用户指南

2.3.1 解锁 USB2ANY

在读取框中写入“1 0 80”，然后点击“Write and Read”按钮。

2.3.2 读取寄存器

在红色框中填写内容，然后点击“Write and Read”按钮。第一个字符是要读取的寄存器地址，第二和第三个字符保持为“80 00”。

2.3.3 写入寄存器

在红色框中填写内容，然后点击“Write and Read”按钮。第一个字符是要写入的寄存器地址，第三个字符是要写入的值，第二个字符保持为“00”。

2.4 仿真模型和测试结果

2.4.1 Spice 模型

该设备有一个类似功能的降压/升压 Spice 模型，可以从 http://www.ti.com/product/tps63020 下载。使用 TINA - TI 软件可以方便地在不同条件下进行仿真，该软件可从 http://www.ti.com/tool/tina - ti 下载。

2.4.2 主要特性

• 效率：给出了不同输入输出电压下的降压 - 升压效率曲线。
• 负载调节：展示了在特定输入输出电压和 PFM 模式下的降压 - 升压负载调节情况。
• 线路调节：显示了特定输出电压和电流下的降压 - 升压线路调节情况。

三、原理图和布局

3.1 原理图

提供了 TPS65290 的原理图，有助于工程师了解其电路结构。

3.2 电路板布局

包括 PCB 布局的顶层、中间层和底层等不同层面的布局图，以及元件的放置位置。合理的布局对于提高电路性能和稳定性至关重要。

四、物料清单

详细列出了 EVM 所需的各种元件，包括电容、电感、电阻、连接器等的数量、规格、制造商和型号等信息。

Qty	Designator	Value	Footprint	Manufacturer	Part Number	Description
4	C1, C7, C10, C4	1uF	0603	TDK Corporation	C1608X7R1A105K	CAP CER 1.0UF 10V X7R 0603
6	C2, C3, C8, C12, C14	100nF	0603	Kemet	C0603C104K8RAC TU	CAP .10UF 10V CERAMIC X7R 0603
1	C6	2.2uF	0603	Kemet	C1608X7R1A225M	CAP CER 2.2UF 10V X7R 20% 0603
2	C15, C15A	33uF	0805	TDK Corporation	C2012X5R336M12 5AC	CAP CER 33UF 10V X5R 20% 0805
1	J1	ED1514	TB_2X3.5MM	On Shore Technology Inc	ED555/2DS	TERMINAL BLOCK 3.5MM 2POS PCB
2	J3,J7	ED555/3D S	TB_3X3.5MM	On Shore Technology Inc	ED555/3DS	TERMINAL BLOCK 3.5MM 3POS PCB
5	JP1, JP4, JP8, JP8A, JP10		JMP0.2	Molex Inc	22 - 10 - 2021	CONN HEADER 2POS .100 VERT GOLD
2	JP11, JP13		JMP0.3	Molex Inc	22 - 10 - 2031	CONN HEADER 3POS .100 VERT GOLD
1	L1	3.3uH	4mmx4mm	Abracon Corporation	ASPI - 0418FS - 3R3M - T3	INDUCTOR SHLD POWER 3.3UH SMD
1	L2	33uH	0603	TDK Corporation	GLFR1608T330M - LR	INDUCTOR 33UH 60MA 20% 0603
1	L3	47uH (DNI)	0805	TDK Corporation	GLFR2012T470M - LR	INDUCTOR 47UH 60MA 20% 0805
1	R10	1	0603	Panasonic ECG	ERJ - 3GEYJ1R0V	RESISTOR 1.0 OHM 1/10W 5% 0603
16	TP1, TP2, TP3, TP4, TP5, TP6, TP7, TP8, TP9, TP12, TP14, TP15, TP16, TP18, TP20, TP21		TP_1030	Keystone	1030	TEST POINT SLOTTED
1	U1		RHF (PQFP - 24)	Texas Instruments	TPS65290
1	R2	0 Ohm (DNI)	0603
1	J2	NA	5x2 header	Sullins Connector Solutions	SBH11 - PBPC - D05 - ST - BK	CONN HEADER 2.54mm 10POS GOLD
1	C21	10uF	0603	Taiyo Yuden	EMK107BBJ106M A - T	CAP CER 10UF 16V 20% X5R 0603

五、总结

TPS65290 作为一款低 IDDQ PMIC，在电池能量收集应用中具有很大的优势。通过本文的介绍，我们了解了其 I/O 描述、测试流程、原理图、布局和物料清单等方面的内容。工程师在设计相关电路时，可以参考这些信息，确保电路的性能和稳定性。同时，在实际应用中，还需要根据具体需求进行适当的调整和优化。你在使用 TPS65290 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。