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润石科技电平转换芯片RS0102在超低功耗系统中的应用

2022-09-21
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随着穿戴设备越来越流行,以及一些特殊应用的设备越来越小型化,电池供电的产品对功耗提出了更高的要求。通常在设计电路的时候,大家会着重地考虑原本功耗较大的器件如何来降低功耗,如处理器芯片,电源芯片等,而忽略了一些看起来不那么“起眼”的元件。例如电平转换芯片,相对于主芯片来说功耗较小,但是通过一些选料的优化,在超低功耗系统中仍然可以达到进一步优化功耗的目的。

 

项目应用

在已经完成的超低功耗定位器产品中,处理器采用的是有方N27 CAT1模块,MCU采用的是BLE芯片,CAT1模块和BLE芯片通过串口连接。其中CAT1模块串口电平为1.8V,BLE芯片的串口电平为3.3V,所以采用电平转换芯片来连接。如图1所示:

串口连接.png

图1 串口数据连接方式

电平转换芯片选择润石科技的RS0102芯片,由于定位器产品电路板比较紧凑,所以我们选择最小封装为XTDFN-1_4X1-8L的型号,即RS0102YUTDS8

 

1. 主要参数如下:

(1)2 bits电平转换;

(2)速率:24Mbps(推挽模式)

                   2Mbps(开漏模式);

(3)A端口:1.65V~5.5V

         B端口:2.3V~5.5V;

(4)支持部分断电模式操作。

其中通道数和转换电平等参数都符合要求。


2.  由RS0102芯片规格书提取的部分数据如表1,静态(不使能)情况下,A ports和B ports最大电流都为0.5μA,功耗极低。

屏幕截图 2022-07-12 232516.png

表1 静态电流


3. 由RS0102芯片规格书提取的部分数据如表2,芯片工作(使能)情况下,A ports最大电流为2.5μA,B ports最大电流为10μA。

屏幕截图 2022-07-12 232754.png

表2 工作电流

原理图如图2,具体为:

1. 1.8VD_OFF为可控电源,由BLE控制开关,使用时才打开供电;

2. 3.3VD为BLE供电电源,为常供电;

3. UART1接CAT1模块,UART 2接BLE;

4. 第5脚为使能脚,用100K上拉到1.8VD_OFF,串口使用时才使能,100K电阻可以进一步减小电流。

屏幕截图 2022-07-09 232132.png

 

图2 RS0102原理图


测试结果

功耗测试从静态电流和工作电流两方面来测试,结果如表3。

1. 静态电流测试方法,RS0102芯片贴在板子上且1.8VD_OFF不供电,此时的整板电流为I1,取掉之后电流为I2,其差值I1-I2即为静态电流;

2. 工作电流测试是用软件控制1.8VD_OFF打开,此时使能脚也打开,整板电流为I3,则I3-I2即为工作电流。

屏幕截图 2022-07-10 224942.png

表3 电流测量结果

从表格可以看出,选用RS0102电平转换芯片可以获得极低的功耗,特别是对于有长期休眠状态的设备来说,其静态功耗更是微乎其微。可以极大的减小功耗,增长续航时间。

 

PCB设计图(图3)

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图3 PCB设计图

注意要点:

1. 左侧两个电容分别为A ports和B ports的电源去偶电容,一定要尽可能与芯片引脚靠近放置,以达到更好的去偶效果;

2. RS0102YUTDS8封装尺寸为1.4x1mm,外形较小,为了方便调试焊接和提高产线贴片的良率,PCB封装引脚需要向外适当加长一些。


实物图

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