數(shù)字輸出驅(qū)動器廣泛用于工業(yè)應(yīng)用中的過程控制（PLC 系統(tǒng)）和樓宇自動化，也可用于任何使用 24V DC 系統(tǒng)進行控制的應(yīng)用，例如電機控制、機器人和機械自動化。

乍一看，數(shù)字輸出驅(qū)動器是只有兩種輸出狀態(tài)的簡單器件：開或關(guān)；略微深入了解，就會發(fā)現(xiàn)，成功替代機械開關(guān)和繼電器能夠為工程師帶來諸多好處，例如可靠性、低功耗、簡單、較小尺寸、靈活性，可編程性，可以用其構(gòu)建自動化、容錯控制系統(tǒng)。

Maxim 的數(shù)字輸出驅(qū)動器擁有高達 200kHz 的開關(guān)頻率、快速且安全的電感負載消磁、負載開路 / 低電壓 / 欠壓檢測、過流和過溫保護、看門狗定時器以及 SPI 檢錯。器件能夠承受高達 60V 電源尖峰脈沖、±1kV 浪涌脈沖，以及高達 12kV ESD 沖擊，工作在 -40°C 至+125°C 寬溫工作范圍。

本文中，我們討論如何有效利用 MAX14912/MAX14913 輸出驅(qū)動器的不同特性。為實現(xiàn)這一目的，我們討論系統(tǒng)設(shè)計師必須采取的決策，并了解綜合權(quán)衡因素和 MAX14912/MAX14913 提供的好處。

確定系統(tǒng)工作狀態(tài)

高邊（HS）或推挽（PP）式？

一般來說，推挽式工作方式用于高速通信，信號波形應(yīng)具有陡峭的邊沿。該模式的缺點是輸出總處于工作狀態(tài)，為高電平或低電平，不能處于三態(tài)或具有高阻抗，除非使用 Global EN 引腳。

相反，高邊工作方式允許工程師將輸出置于高阻態(tài)，但信號波形很大程度上依賴于負載阻抗。高邊模式下也可以將輸出并聯(lián)，支持高達 9.6A 的較大負載。

因此，工作模式的選擇取決于具體的應(yīng)用。

電源要求

MAX14912/MAX14913 支持從 12V 至 36V 的較寬范圍電源，所以能夠用于較寬范圍的應(yīng)用，甚至用于電源要求較低以及容限更寬的系統(tǒng)。這樣可保證系統(tǒng)設(shè)計的可靠性和靈活性。

集成 5V DC-DC 轉(zhuǎn)換器省去了額外的電源，最大程度減少外部元件的數(shù)量，以及提高系統(tǒng)效率。系統(tǒng)中的其它器件可由該 5V DC 電源供電，該電源能夠為外部電路提供超過 100mA 的電流。

系統(tǒng)集成

數(shù)字輸出驅(qū)動器是低電壓 MCU/FPGA 與相對高電壓（12V 至 36V）外設(shè)器件之間的接口，外設(shè)的例子包括執(zhí)行器、電機、照明燈、繼電器、LED 等。器件提供了對電壓和電流尖峰脈沖、電感或電容負載、磁干擾和靜態(tài)放電的高抗擾性。

此外，MAX14912/MAX14913 提供全面的診斷能力，包括熱關(guān)斷、開路檢測、低電源和欠壓檢測、過壓和過流保護。4 × 4 LED 驅(qū)動器矩陣可以對每通道的輸出狀態(tài)和故障狀態(tài)進行指示。

數(shù)字接口

MAX14912 和 MAX14913 支持兩種接口：并行和串行。系統(tǒng)設(shè)計師能夠靈活使用并行或串行接口進行控制，或者同時使用兩種接口。為便于理解接口，我們首先了解幾個全局配置引腳。

全局配置引腳

EN – 該引腳為高電平時，器件處于正常工作模式；該引腳為低電平時，禁止任何輸出操作，例如設(shè)置所有輸出為高阻態(tài)。

SRIAL – 該引腳為高電平時，使能串行（SPI）操作；該引腳為低電平時，使能并行操作。

PUSHPUL – 該引腳為高電平時，使能推挽式工作模式；該引腳為低電平或浮空時，所有輸出引腳處于高邊工作模式。

FLTR – 該引腳為高電平時，使能所有并行邏輯輸入和 CS 引腳上的尖峰脈沖濾波。

并行接口

并行接口是基于引腳的簡單接口，用于控制驅(qū)動器輸出。如果 SRIAL 引腳連接至地（SRIAL = 低電平），則通過并行接口控制器件。OUT_ 引腳的狀態(tài)由對應(yīng) IN_ 引腳和全局配置引腳控制：PUSHPL、FLTR 和 EN。在并行模式下控制 MAX14912/MAX14913，至少需要 9 個 GPIO 引腳：控制 8 個輸入引腳 IN_ 和 PUSHPL 引腳。FLTR 和 EN 引腳可始終保持為高電平。表 1 為引腳設(shè)置匯總。

并行模式引腳配置

注：MAX14913 在并行模式下不允許通過串行接口進行配置，而 MAX14912 即使在 SRIAL 為低電平時也可通過串行接口進行配置。該模式下可訪問除寄存器 0 之外的全部寄存器（參見下文的“串行接口”部分）。

通過串行接口進行配置的優(yōu)先級比 PUSHPL 引腳設(shè)置高。邏輯電平 0 （低電平）或 1 （高電平）取決于 VL 輸入，1.6V 至 5.5V 有效。并行模式的缺點是缺少診斷信息。

串行接口

將 SRIAL 引腳驅(qū)動為 VL 電平（SRIAL = 高電平）時，使能 SPI 串行接口。串行模式下，所有輸出引腳由內(nèi)部寄存器設(shè)置和輸入引腳控制。可通過串行接口引腳訪問寄存器：CS、CLK、SDI 和 SDO。詳細信息請參考 MAX14912/MAX14913 數(shù)據(jù)資料的串行接口部分。

循環(huán)冗余校驗（CRC）、看門狗和濾波等部分特性僅受 CRC/IN3、WDEN/IN5 和 FLTR 引腳的輸入邏輯控制，而負載開路檢測和輸出配置由 OL/IN1 和 PUSHPL 引腳的輸入邏輯控制或通過寄存器設(shè)置控制。

此外，CMND/IN2、CNFG/IN7 和 S16/IN8 的設(shè)置見表 2 中的匯總。

?SPI 接口模式選擇

直接模式

直接 SPI 模式下，不需要命令字節(jié)。16 位模式下，高字節(jié)控制輸出電平，低字節(jié)控制輸出配置。CNFG/IN7 和 S16/IN8 設(shè)置為低電平時，只能訪問寄存器 0；CNFG/IN7 和 S16/IN8 設(shè)置為高電平時，只能訪問寄存器 1 和寄存器 2。

直接模式寫操作期間，通過 SDO 引腳提供故障（F）和輸出電平（L）診斷信息。

圖 1. 16 位直接 SPI 模式下的 SPI 周期。

16 位 SPI 直接模式位定義

總結(jié)：

S16/IN8 = 低電平，且 CNFG/IN7 = 低電平時，一個字節(jié)的串行數(shù)據(jù)控制 OUT_ 狀態(tài)；S16/IN8 = 低電平，且 CNFG/IN7 = 高電平時，一個字節(jié)的串行數(shù)據(jù)控制輸出模式：高邊或推挽式。

S16/IN8 = 高電平，且 CNFG/IN7 = 低電平時，兩個字節(jié)的串行數(shù)據(jù)控制 OUT_ 狀態(tài)和輸出模式配置：高邊或推挽式。

S16/IN8 = 高電平，且 CNFG/IN7 = 高電平時，第一個字節(jié)設(shè)置輸出配置（高邊 / 推挽），第二個字節(jié)使能 / 禁止負載開路檢測功能。

建議首先設(shè)置配置寄存器，然后再更新輸出電平。

注：返回的 F_ （故障）和 L_ （電平）信息針對之前寫入的命令。為了獲得實時故障和電平診斷信息，寫兩次。驅(qū)動器處于高邊模式且使能負載開路檢測時，無負載的 OUT_ 引腳由 75μA 電流上拉至 VDD 電平。在這種情況下，確定為 FAULT 條件。

命令模式

命令模式下，通過 SPI 接口提供所有特性和增強診斷信息。為設(shè)置為命令模式，CNMD/IN2 引腳必須為高電平。S16/IN8 和 CNFG/IN7 引腳輸入被忽略。命令包含命令字節(jié)和之后的數(shù)據(jù)字節(jié)。總共有六種命令類型（命令說明見表 4，寄存器映射見表 5）。更多信息請參考數(shù)據(jù)資料。

命令模式協(xié)議

注：所有故障寄存器只能由任意命令周期中設(shè)置 Z = 1 清除。

?寄存器映射

通信錯誤（CRC 檢測）

循環(huán)冗余校驗（CRC）是一種檢錯機制，可提高通信可靠性，以及避免意外執(zhí)行錯誤命令。SPI 協(xié)議初始沒有任何檢錯能力，在惡劣工業(yè)環(huán)境下可能破壞串行數(shù)據(jù)。使能 CRC 檢測時（SRIAL= 高電平，CRC/IN3 = 高電平），來自 SPI 主機的所有命令之后必須有一個包括 7 位 CRC 編碼的附加字節(jié)，如圖 2 所示。

圖 2. 微控制器應(yīng)提供 SDI 校驗字節(jié)

7 位 CRC 編碼，也稱為 CRC 幀校驗序列（FCS），根據(jù)生成多項式計算（x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1）。MAX14900E 也使用相同的多項式。更多信息以及 CRC 計算的 C 語言示例代碼，請參考應(yīng)用筆記 6002：“MAX14900E 八通道、高速工業(yè)開關(guān)的 CRC 編程”。

MAX14912 或 MAX14913 安裝好后，器件檢查接收到的數(shù)據(jù)是否存在誤碼，如果未檢測到錯誤則執(zhí)行命令。如果從微控制器接收的 CRC 編碼與計算的 CRC 不一致，則忽略該命令，并置位寄存器 6 中的第 6 位 CRC 錯誤位。在下一個 SPI 幀將 CRC 錯誤報告給主機微控制器。

MAX14912EVKIT 評估軟件內(nèi)置有 CRC 計算器。如果 CRC/IN3 引腳為高電平，自動計算 CRC 字節(jié)并附加到 SPI 命令幀。從 Option 菜單中選中 Show Status Log 選項后，可在 Status Log 窗口中看到。

圖 3. 數(shù)字輸出驅(qū)動器 GUI 中的 CRC 計算。圖 3. 數(shù)字輸出驅(qū)動器 GUI 中的 CRC 計算。

在 CRC 計算器彈出式窗口中，可手動計算 CRC 編碼。進入 Help 菜單，點擊 CRC 計算器，將其調(diào)出。輸入字節(jié) 1 和字節(jié) 2 的值，然后點擊 Calculate CRC 按鈕，如圖 4 所示。

圖 4. CRC 計算器彈出式窗口。圖 4. CRC 計算器彈出式窗口。

多個 IC 的菊鏈配置

MAX14912 和 MAX14913 支持多個器件采用菊鏈配置，通過單命令方法控制 / 監(jiān)測同一 SPI 總線上的所有器件。所有器件使用相同的 CLK 和 CS 信號；第一片器件的 SDI 引腳連接到主機的 MOSI 引腳，最后一片器件的 SDO 引腳連接到主機的 MISO 引腳。第一片器件的數(shù)據(jù)輸出（SDO）引腳連接到第二片器件的數(shù)據(jù)輸入（SDI）引腳，如圖 5 所示。其它器件通過類似的方式以菊鏈連接。

圖 5. 菊鏈連接。

MAX14912/MAX14913EVKIT 支持兩個評估板采用菊鏈連接，但相同的命令結(jié)構(gòu)適用于三片或更多器件。

例如，16 位模式下兩片器件菊鏈連接的命令幀。

Daisy-chain devices

安裝評估板時，應(yīng)使下一片器件 EVKIT #2 的 J24 連接頭連接到上一片器件 EVKIT #1 的 J23，如圖 6 所示。USB 電纜或外部主機應(yīng)連接到 EVKIT #1。此外，EVKIT #1 的跳線 J26 必須處于位置 2 至 3，EVKIT #2 的跳線 J26 應(yīng)處于位置 1 至 2。必須手動將 EVKIT #2 的跳線 J9、J5、J4、J22、J10、J6、J12、JMP1、J11、JMP2、J8 和 J3 的位置設(shè)置為與 GUI 中一致。更多信息請參考 MAX14912/MAX14913 數(shù)據(jù)資料和原理圖。

圖 6. 菊鏈連接的 MAX14912EVKIT。

如圖 7 所示，應(yīng)選中菊鏈連接選擇框。

圖 7. 菊鏈操作。

菊鏈連接不僅對擴展輸出通道的數(shù)量沒有限制，而且也支持通過組合使用數(shù)字輸出驅(qū)動器和數(shù)字輸入接收器，構(gòu)建更加復雜的系統(tǒng)。例如八通道數(shù)字輸入隔離器 / 串行器家族，MAX31910/MAX31913。

驅(qū)動電感負載

MAX14912 和 MAX14913 具有對電感負載進行安全消磁（SafeDemag）的功能，防止高邊模式下電感負載關(guān)斷時引起的反沖電壓損壞芯片。如果您需要驅(qū)動大電感，例如執(zhí)行器、繼電器或電機，當電流由芯片通過負載流向地時，電感負載中儲存較大的能量。當高邊開關(guān)關(guān)斷造成電流終止時，能量轉(zhuǎn)換為 OUT_ 引腳上的負向尖峰脈沖。內(nèi)部齊納二極管將尖峰脈沖箝位到（VDD -56V）。例如，如果 VDD = 24V，則將 OUT_ 引腳箝位到 -32V （相對于地）。在這種情況下，由于能量與|V x I|成比例，電感負載中儲存的能量將快速釋放。然而，能量越大，釋放需要的時間越長。在此時間期間，芯片的溫度可能會達到安全門限。為防止危險的熱擊穿，激活低邊開關(guān)，使能量釋放較小，直到內(nèi)部溫度達到安全范圍。
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