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数字输出驱动器广泛用于工业应用中的过程控制（PLC 系统）和楼宇自动化，也可用于任何使用 24V DC 系统进行控制的应用，例如电机控制、机器人和机械自动化。 乍一看，数字输出驱动器是只有两种输出状态的简单器件：开或关；略微深入了解，就会发现，成功替代机械开关和继电器能够为工程师带来诸多好处，例如可靠性、低功耗、简单、较小尺寸、灵活性，可编程性，可以用其构建自动化、容错控制系统。 Maxim 的数字输出驱动器拥有高达 200kHz 的开关频率、快速且安全的电感负载消磁、负载开路 / 低电压 / 欠压检测、过流和过温保护、看门狗定时器以及 SPI 检错。器件能够承受高达 60V 电源尖峰脉冲、±1kV 浪涌脉冲，以及高达 12kV ESD 冲击，工作在 -40°C 至+125°C 宽温工作范围。 本文中，我们讨论如何有效利用 MAX14912/MAX14913 输出驱动器的不同特性。为实现这一目的，我们讨论系统设计师必须采取的决策，并了解综合权衡因素和 MAX14912/MAX14913 提供的好处。 确定系统工作状态 高边（HS）或推挽（PP）式？ 一般来说，推挽式工作方式用于高速通信，信号波形应具有陡峭的边沿。该模式的缺点是输出总处于工作状态，为高电平或低电平，不能处于三态或具有高阻抗，除非使用 Global EN 引脚。 相反，高边工作方式允许工程师将输出置于高阻态，但信号波形很大程度上依赖于负载阻抗。高边模式下也可以将输出并联，支持高达 9.6A 的较大负载。 因此，工作模式的选择取决于具体的应用。 电源要求 MAX14912/MAX14913 支持从 12V 至 36V 的较宽范围电源，所以能够用于较宽范围的应用，甚至用于电源要求较低以及容限更宽的系统。这样可保证系统设计的可靠性和灵活性。 集成 5V DC-DC 转换器省去了额外的电源，最大程度减少外部元件的数量，以及提高系统效率。系统中的其它器件可由该 5V DC 电源供电，该电源能够为外部电路提供超过 100mA 的电流。 系统集成 数字输出驱动器是低电压 MCU/FPGA 与相对高电压（12V 至 36V）外设器件之间的接口，外设的例子包括执行器、电机、照明灯、继电器、LED 等。器件提供了对电压和电流尖峰脉冲、电感或电容负载、磁干扰和静态放电的高抗扰性。 此外，MAX14912/MAX14913 提供全面的诊断能力，包括热关断、开路检测、低电源和欠压检测、过压和过流保护。4 × 4 LED 驱动器矩阵可以对每通道的输出状态和故障状态进行指示。 数字接口 MAX14912 和 MAX14913 支持两种接口：并行和串行。系统设计师能够灵活使用并行或串行接口进行控制，或者同时使用两种接口。为便于理解接口，我们首先了解几个全局配置引脚。 全局配置引脚 EN – 该引脚为高电平时，器件处于正常工作模式；该引脚为低电平时，禁止任何输出操作，例如设置所有输出为高阻态。 SRIAL – 该引脚为高电平时，使能串行（SPI）操作；该引脚为低电平时，使能并行操作。 PUSHPUL – 该引脚为高电平时，使能推挽式工作模式；该引脚为低电平或浮空时，所有输出引脚处于高边工作模式。 FLTR – 该引脚为高电平时，使能所有并行逻辑输入和 CS 引脚上的尖峰脉冲滤波。 并行接口 并行接口是基于引脚的简单接口，用于控制驱动器输出。如果 SRIAL 引脚连接至地（SRIAL = 低电平），则通过并行接口控制器件。OUT_ 引脚的状态由对应 IN_ 引脚和全局配置引脚控制：PUSHPL、FLTR 和 EN。在并行模式下控制 MAX14912/MAX14913，至少需要 9 个 GPIO 引脚：控制 8 个输入引脚 IN_ 和 PUSHPL 引脚。FLTR 和 EN 引脚可始终保持为高电平。表 1 为引脚设置汇总。 并行模式引脚配置 注：MAX14913 在并行模式下不允许通过串行接口进行配置，而 MAX14912 即使在 SRIAL 为低电平时也可通过串行接口进行配置。该模式下可访问除寄存器 0 之外的全部寄存器（参见下文的“串行接口”部分）。 通过串行接口进行配置的优先级比 PUSHPL 引脚设置高。逻辑电平 0 （低电平）或 1 （高电平）取决于 VL 输入，1.6V 至 5.5V 有效。并行模式的缺点是缺少诊断信息。 串行接口 将 SRIAL 引脚驱动为 VL 电平（SRIAL = 高电平）时，使能 SPI 串行接口。串行模式下，所有输出引脚由内部寄存器设置和输入引脚控制。可通过串行接口引脚访问寄存器：CS、CLK、SDI 和 SDO。详细信息请参考 MAX14912/MAX14913 数据资料的串行接口部分。 循环冗余校验（CRC）、看门狗和滤波等部分特性仅受 CRC/IN3、WDEN/IN5 和 FLTR 引脚的输入逻辑控制，而负载开路检测和输出配置由 OL/IN1 和 PUSHPL 引脚的输入逻辑控制或通过寄存器设置控制。 此外，CMND/IN2、CNFG/IN7 和 S16/IN8 的设置见表 2 中的汇总。 SPI 接口模式选择 直接模式 直接 SPI 模式下，不需要命令字节。16 位模式下，高字节控制输出电平，低字节控制输出配置。CNFG/IN7 和 S16/IN8 设置为低电平时，只能访问寄存器 0；CNFG/IN7 和 S16/IN8 设置为高电平时，只能访问寄存器 1 和寄存器 2。 直接模式写操作期间，通过 SDO 引脚提供故障（F）和输出电平（L）诊断信息。 图 1. 16 位直接 SPI 模式下的 SPI 周期。 16 位 SPI 直接模式位定义 总结： S16/IN8 = 低电平，且 CNFG/IN7 = 低电平时，一个字节的串行数据控制 OUT_ 状态；S16/IN8 = 低电平，且 CNFG/IN7 = 高电平时，一个字节的串行数据控制输出模式：高边或推挽式。 S16/IN8 = 高电平，且 CNFG/IN7 = 低电平时，两个字节的串行数据控制 OUT_ 状态和输出模式配置：高边或推挽式。 S16/IN8 = 高电平，且 CNFG/IN7 = 高电平时，第一个字节设置输出配置（高边 / 推挽），第二个字节使能 / 禁止负载开路检测功能。 建议首先设置配置寄存器，然后再更新输出电平。 注：返回的 F_ （故障）和 L_ （电平）信息针对之前写入的命令。为了获得实时故障和电平诊断信息，写两次。驱动器处于高边模式且使能负载开路检测时，无负载的 OUT_ 引脚由 75μA 电流上拉至 VDD 电平。在这种情况下，确定为 FAULT 条件。 命令模式 命令模式下，通过 SPI 接口提供所有特性和增强诊断信息。为设置为命令模式，CNMD/IN2 引脚必须为高电平。S16/IN8 和 CNFG/IN7 引脚输入被忽略。命令包含命令字节和之后的数据字节。总共有六种命令类型（命令说明见表 4，寄存器映射见表 5）。更多信息请参考数据资料。 命令模式协议 注：所有故障寄存器只能由任意命令周期中设置 Z = 1 清除。 寄存器映射 通信错误（CRC 检测） 循环冗余校验（CRC）是一种检错机制，可提高通信可靠性，以及避免意外执行错误命令。SPI 协议初始没有任何检错能力，在恶劣工业环境下可能破坏串行数据。使能 CRC 检测时（SRIAL= 高电平，CRC/IN3 = 高电平），来自 SPI 主机的所有命令之后必须有一个包括 7 位 CRC 编码的附加字节，如图 2 所示。 图 2. 微控制器应提供 SDI 校验字节 7 位 CRC 编码，也称为 CRC 帧校验序列（FCS），根据生成多项式计算（x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1）。MAX14900E 也使用相同的多项式。更多信息以及 CRC 计算的 C 语言示例代码，请参考应用笔记 6002：“MAX14900E 八通道、高速工业开关的 CRC 编程”。 MAX14912 或 MAX14913 安装好后，器件检查接收到的数据是否存在误码，如果未检测到错误则执行命令。如果从微控制器接收的 CRC 编码与计算的 CRC 不一致，则忽略该命令，并置位寄存器 6 中的第 6 位 CRC 错误位。在下一个 SPI 帧将 CRC 错误报告给主机微控制器。 MAX14912EVKIT 评估软件内置有 CRC 计算器。如果 CRC/IN3 引脚为高电平，自动计算 CRC 字节并附加到 SPI 命令帧。从 Option 菜单中选中 Show Status Log 选项后，可在 Status Log 窗口中看到。 图 3. 数字输出驱动器 GUI 中的 CRC 计算。图 3. 数字输出驱动器 GUI 中的 CRC 计算。 在 CRC 计算器弹出式窗口中，可手动计算 CRC 编码。进入 Help 菜单，点击 CRC 计算器，将其调出。输入字节 1 和字节 2 的值，然后点击 Calculate CRC 按钮，如图 4 所示。 图 4. CRC 计算器弹出式窗口。图 4. CRC 计算器弹出式窗口。 多个 IC 的菊链配置 MAX14912 和 MAX14913 支持多个器件采用菊链配置，通过单命令方法控制 / 监测同一 SPI 总线上的所有器件。所有器件使用相同的 CLK 和 CS 信号；第一片器件的 SDI 引脚连接到主机的 MOSI 引脚，最后一片器件的 SDO 引脚连接到主机的 MISO 引脚。第一片器件的数据输出（SDO）引脚连接到第二片器件的数据输入（SDI）引脚，如图 5 所示。其它器件通过类似的方式以菊链连接。 图 5. 菊链连接。 MAX14912/MAX14913EVKIT 支持两个评估板采用菊链连接，但相同的命令结构适用于三片或更多器件。 例如，16 位模式下两片器件菊链连接的命令帧。 Daisy-chain devices 安装评估板时，应使下一片器件 EVKIT #2 的 J24 连接头连接到上一片器件 EVKIT #1 的 J23，如图 6 所示。USB 电缆或外部主机应连接到 EVKIT #1。此外，EVKIT #1 的跳线 J26 必须处于位置 2 至 3，EVKIT #2 的跳线 J26 应处于位置 1 至 2。必须手动将 EVKIT #2 的跳线 J9、J5、J4、J22、J10、J6、J12、JMP1、J11、JMP2、J8 和 J3 的位置设置为与 GUI 中一致。更多信息请参考 MAX14912/MAX14913 数据资料和原理图。 图 6. 菊链连接的 MAX14912EVKIT。 如图 7 所示，应选中菊链连接选择框。 图 7. 菊链操作。 菊链连接不仅对扩展输出通道的数量没有限制，而且也支持通过组合使用数字输出驱动器和数字输入接收器，构建更加复杂的系统。例如八通道数字输入隔离器 / 串行器家族，MAX31910/MAX31913。 驱动电感负载 MAX14912 和 MAX14913 具有对电感负载进行安全消磁（SafeDemag）的功能，防止高边模式下电感负载关断时引起的反冲电压损坏芯片。如果您需要驱动大电感，例如执行器、继电器或电机，当电流由芯片通过负载流向地时，电感负载中储存较大的能量。当高边开关关断造成电流终止时，能量转换为 OUT_ 引脚上的负向尖峰脉冲。内部齐纳二极管将尖峰脉冲箝位到（VDD -56V）。例如，如果 VDD = 24V，则将 OUT_ 引脚箝位到 -32V （相对于地）。在这种情况下，由于能量与|V x I|成比例，电感负载中储存的能量将快速释放。然而，能量越大，释放需要的时间越长。在此时间期间，芯片的温度可能会达到安全门限。为防止危险的热击穿，激活低边开关，使能量释放较小，直到内部温度达到安全范围。
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