步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片A3977問題解答
問：A3977有多少種細(xì)分模式？
答：全步、半步、四細(xì)分、八細(xì)分。
問：A3977是否僅僅設(shè)計用來代替管腳兼容的舊款產(chǎn)品？
答：不，A3977可提供比市面上絕大多數(shù)的二相雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品更加經(jīng)濟(jì)、易用的解決方案。在以前要使用兩個或更多芯片的設(shè)計項目中，現(xiàn)在僅使用一片A3977即可實現(xiàn)原先的全部功能。
問：譯碼器和驅(qū)動器集成在同一芯片中有什么好處？
答：譯碼器和驅(qū)動器集成在同一芯片中可大為降低系統(tǒng)資源的消耗，以前的二相雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動產(chǎn)品需要占用6-8個端口，而A3977最少只需兩個端口（步進(jìn)脈沖、方向）即可。
問：輸入端是否需要上拉或下拉電阻？
答：不需要，輸入端可直接連接正電源（Vdd）或地（GND）。如確實需要上拉或下拉電阻，建議阻值1K歐。
問：A3977提供了哪些保護(hù)功能？
答：
過熱停機(jī)（TSD）；
欠壓停機(jī)（UVLO）；
錯相短路保護(hù)；
穩(wěn)壓器、電荷泵電壓監(jiān)控；
問：A3977電機(jī)驅(qū)動電壓****是多少？
答：任何情況下都不得超過35V。
問：數(shù)據(jù)手冊上提到的±2.5 A驅(qū)動能力，是指的整個芯片還是每一相H橋？
答：是指的還是每一相H橋標(biāo)稱±2.5 A驅(qū)動能力。另外要注意芯片運(yùn)行時結(jié)溫不能超過150°C。
問：A3977需要什么外圍器件？
答：
1，Rs1和Rs2，兩個用于PWM恒流控制的電流采樣電阻，此電阻應(yīng)選用無感電阻。阻值的計算請參照以下公式：
Rs = 0.5 / Itripmax
在保證性能的前提下，盡量減小Rs阻值可降低能耗，改善散熱狀況。采樣電阻上應(yīng)并聯(lián)一0.1 μF無極性陶瓷電容；
2，CP1和CP2腳之間必須連接一0.22 μF無極性陶瓷電容；
3，Vreg腳和地之間應(yīng)連接一0.22 μF無極性陶瓷電容；
4，邏輯電源（Vdd）建議加0.1 μF無極性陶瓷電容退耦；
5，電機(jī)驅(qū)動電源建議加47μF以上的電解電容退耦，如果考慮斬波頻率較高，還可并聯(lián)一0.1 μF無極性陶瓷電容；
6，PFD端應(yīng)對地接一0.1 μF無極性陶瓷電容。
問：PCB布線上應(yīng)注意什么問題？
答：采樣電阻應(yīng)盡量接近芯片，其接地端應(yīng)通過單獨的路徑連接芯片的接地端。地線應(yīng)盡可能地粗。電機(jī)驅(qū)動電源上的退耦電解電容應(yīng)盡量靠近芯片。
問：A3977的控制方式是恒流控制還是恒壓控制？
答：恒流控制。芯片內(nèi)部的脈寬調(diào)制恒流斬波電路控制電機(jī)繞組電流，外部的阻容回路設(shè)置斬波周期中的關(guān)段時間。
問：線路板需要多大面積的敷地才能夠保證大電流工作時損耗最��？
答：至少要芯片封裝面積的兩倍大。
問：有沒有降低芯片功耗的技巧？
答：在輸出端相對驅(qū)動電源和地之間外接正向壓降比較低的肖特基箝位二極管，可以降低芯片本身的功耗。也可以安裝散熱器，但效率不高。注意：如果外接箝位二極管的話，一定要禁止SR功能才能讓外接的二極管發(fā)揮****作用。
問：有沒有關(guān)于外接二極管的應(yīng)用筆記？
答：每一個輸出端都要和VBB之間連接一個肖特基二極管（二極管負(fù)極接VBB），同時也要和地之間連接一個肖特基二極管（二極管正極接地，不要連接到SENSE端）。當(dāng)使用整步模式或者PFD設(shè)置為全部慢衰減的時候，連接到VBB的四個二極管可省去，它們對降低系統(tǒng)功耗沒有作用。
問：有沒有推薦的肖特基二極管型號？
答：我們通常不推薦某一特定型號，請根據(jù)實際應(yīng)用場合選擇耐壓和電流合適的產(chǎn)品即可。
問：A3977可否使用在便攜設(shè)備中？
答：當(dāng)然可以。A3977有休眠功能，在不工作的時候可大大降低功耗。在睡眠狀態(tài)下，芯片只消耗20μA的電流。邏輯電源范圍是3.0v到5.5v，可適應(yīng)大部分電池供電的產(chǎn)品。
問：運(yùn)行的時候可否改變細(xì)分?jǐn)?shù)？
答：可以。只要達(dá)到時序要求即可。從高細(xì)分?jǐn)?shù)改變?yōu)榈图?xì)分?jǐn)?shù)****是電流值處于到初始值的時候（HOME端輸出為低）。相對的，如果從低細(xì)分?jǐn)?shù)改變?yōu)楦呒?xì)分?jǐn)?shù)（如二細(xì)分改為四細(xì)分），由于四細(xì)分運(yùn)行兩步后將達(dá)到和二細(xì)分相同的輸出電流（具體請參見數(shù)據(jù)手冊table2），編碼器在下一步的時候?qū)⒉粫淖冸娏髦�，再下一步的時候?qū)⒅苯虞敵龆?xì)分表中相應(yīng)的電流。
如果在改變細(xì)分?jǐn)?shù)的時候想保持電機(jī)勻速，當(dāng)從高細(xì)分改為低細(xì)分的時候，步進(jìn)脈沖也應(yīng)相應(yīng)地進(jìn)行2，4或8倍頻。應(yīng)在電流值正好為低細(xì)分的某一個值上時改變。
相對應(yīng)地，如果在改變細(xì)分?jǐn)?shù)的時候想保持電機(jī)勻速，當(dāng)從低細(xì)分改為高細(xì)分的時候，步進(jìn)脈沖也應(yīng)相應(yīng)地進(jìn)行2，4或8分頻。如果從高細(xì)分改為低細(xì)分的時候，當(dāng)前輸出的電流在低細(xì)分表中不存在，那么譯碼器在下一步將跳到低細(xì)分的下一步，但不會實際改變電流值，再輸入一步的時候，芯片將實際輸出相應(yīng)的低細(xì)分表中的電流。例如，從八細(xì)分的第二步改為全步，那么輸入下一個步進(jìn)脈沖的時候，輸出電流不變。再輸入一個步進(jìn)脈沖，電流值將直接跳到全步的第三步。效果相當(dāng)于電機(jī)在八細(xì)分下走了十一步。
問：電流衰減模式是怎么樣自動選擇的？
答：A3977能在相應(yīng)的時候自動設(shè)置合適的電流衰減模式。當(dāng)下一步輸出的電流要比當(dāng)前低時，電流衰減模式為混合衰減（可由PFD端控制快/慢衰減時間各占的比例）。當(dāng)下一步輸出的電流要比當(dāng)前高時，電流衰減模式為慢衰減。芯片上電復(fù)位的時候，兩個橋都是混合衰減模式。
1 引 言
隨著微步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用的日益廣泛，其驅(qū)動電路的發(fā)展也相當(dāng)迅速，各類控制芯片的功能越來越豐富，操作也越來越簡便。A3977是一種新近開發(fā)出來、專門用于雙極型步進(jìn)電機(jī)的微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動集成電路，其內(nèi)部集成了步進(jìn)和直接譯碼接口、正反轉(zhuǎn)控制電路、雙H橋驅(qū)動，電流輸出2．5A，****輸出功率可接近90W。它主要的設(shè)計功能包括：自動混合模式電流衰減控制，PWM電流控制，同步整流，低輸出阻抗的DMOS電源輸出，全、半、1／4及1／8步進(jìn)操作，HOME輸出，休眠模式以及易實現(xiàn)的步進(jìn)和方向接口等。其應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)簡單、使用及控制方便，有著極其廣泛的應(yīng)用價值。
2 A3977工作特點
大多數(shù)微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器都需要一些額外的控制線，通過D／A轉(zhuǎn)換器為PWM電流調(diào)節(jié)器設(shè)置參考值以及通過相輸入完成電流極性控制等。許多改進(jìn)型驅(qū)動器仍然需要一些輸入來調(diào)整PWM電流控制模式使其工作在慢、快或混合衰減模式。這就需要系統(tǒng)的微處理器額外負(fù)擔(dān)8～12個需依靠D／A變換處理的輸入端。如果一個系統(tǒng)需要如此多的控制輸入，而且其微處理器還要存儲實現(xiàn)其控制的時序表，這就增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度。
A3977可以通過其特有的譯碼器來使這些功能實現(xiàn)簡單化，如圖1所示，其******的步進(jìn)輸入只需“STEP”（步進(jìn)）和“DIR”（方向）2條輸入線，輸出由DMOS的雙H橋完成。通過“STEP”腳簡單的輸入1個脈沖就可以使電機(jī)完成1次步進(jìn)，省去了相序表，高頻控制線及復(fù)雜的編程接口。這使其更適于應(yīng)用在沒有復(fù)雜的微處理器或微處理器負(fù)擔(dān)過重的場合。同時A3977的內(nèi)部電路可以自動地控制其PWM操作工作在快、慢及混合衰減模式。這不但降低了電機(jī)工作時產(chǎn)生的噪聲，也同時省去了一些額外的控制線。
另外，其內(nèi)部低輸出阻抗的N溝道功率DMOS輸出結(jié)構(gòu)，可以使其輸出達(dá)到2．5A，35V。這一結(jié)構(gòu)的另一優(yōu)點是，使它能完成同步整流功能。由于有同步整流流功能，既降低了系統(tǒng)的功耗，又可以在應(yīng)用時省去外加的肖特基二極管。
A3977的休眠功能可以使系統(tǒng)不工作時的功耗達(dá)到****。休眠時芯片的大部分內(nèi)部電路，如輸出DMOS、比較器及電荷泵等都將停止工作。從而在休眠模式時，包括電機(jī)驅(qū)動電流在內(nèi)的總電流消耗在40μA以內(nèi)。此外，內(nèi)部保護(hù)電路還有利用磁滯實現(xiàn)的熱停車、低壓關(guān)斷及換流保護(hù)等功能。
集成電路的主要特點：
（1）額定輸出為：±2．5A，35V。
（2）低輸出阻抗，源端0．45Ω，接收端0．36Ω。
�。�3）自動電流衰減檢測并選擇混合、快和慢等電流衰減模式。
（4）邏輯電平范圍為3．0～5．5V。
（5）HOME輸出。
（6）降低功耗的同步整流功能。
�。�7）內(nèi)部低壓關(guān)斷、熱停車電路及環(huán)流保護(hù)。
3 A3977引腳說明
A3977有兩種封裝：一種是44引腳銅標(biāo)塑封（后綴為ED，A3977SED），另一種是28引腳帶散熱襯墊的塑封（后綴為LP，A3977SLP），其引腳功能說明如表1所示。
電荷泵CP1、CP2可以產(chǎn)生一個高于VBB的門電平，用來驅(qū)動DMOS源端的門。其實現(xiàn)方法是在CP1和CP2之間接一個0．22μF的陶瓷電容。同時VCP和VBB間也需要一個0．22μF的陶瓷電容作為一個蓄能器，用來操作DMOS的高端設(shè)備。
VREG是由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生，用于對DMOS漏端輸出進(jìn)行操作。VREG引腳須對地加一個0．22μF的陶瓷電容作為一個蓄能器，用來操作DMOS的高端設(shè)備。
VREG是由系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生，用于對DMOS漏端輸出進(jìn)行操作。VREG引腳須對地加一個0．22μF的電容去耦。VREG是受內(nèi)部的電平調(diào)節(jié)器控制的，發(fā)生故障時其輸出是被禁止的。
RC1和RC2引腳是為內(nèi)部PWM電路提供固定截止時間的。A3977的內(nèi)部PWM控制電路是用一個脈沖來控制器件的截止時間的。而這個脈沖的—84—截止時間toff就是由RC1和RC2引腳對地所接的電阻RT和電容CT決定的，即：
toff＝RT CT
式中，電阻RT和電容CT的取值范圍分別為12～100kΩ及470～1 500pF〉
另外，除了可以為內(nèi)部PWM控制提供截止時間外，CT還為比較器提供了關(guān)斷時間tBLANK。A3977的設(shè)計要求當(dāng)其輸出由內(nèi)部電流控制電路切換時，電路取樣比較器的輸出是被禁止的。從而可以防止對過電流檢測作出誤判斷。tBLANK的取值為：
tBLANK＝1400CT
ENABLE輸入為低電平有效，它是DMOS輸出的使能控制信號。RESET輸入也是低電平有效，當(dāng)其為低電平時，DMOS的輸出將被關(guān)斷，所有的步進(jìn)邏輯輸入也將被忽略直至其輸入變高為止。
4 基本功能說明及應(yīng)用電路
由于采用了內(nèi)置譯碼器技術(shù)，A3977可以很容易的使用最少的控制線對步進(jìn)電機(jī)實施微步進(jìn)控制。具體功能實現(xiàn)如下：
�。�1）步進(jìn)控制：步進(jìn)控制信號有步進(jìn)輸入（STEP）、步進(jìn)模式邏輯輸入（MS1，MS2）以及方向控制信號（DIR）。每一次上電或復(fù)位（RESET＝0）后，在內(nèi)置譯碼器的作用下將H橋的輸出預(yù)置到HOME輸入所對應(yīng)的輸出狀態(tài)，然后當(dāng)STEP輸入的上升沿到來后，內(nèi)置譯碼器將根據(jù)步進(jìn)邏輯的輸入值（步進(jìn)模式見表2）控制H橋的輸出，使電機(jī)在當(dāng)前步進(jìn)模式下產(chǎn)生1次步進(jìn)。
步進(jìn)的方向由DIR的輸入邏輯控制，其高、低電平分別控制雙相電機(jī)正反轉(zhuǎn)。
注：①全步進(jìn)轉(zhuǎn)過的角度為45°。
�。�2）內(nèi)部PWM電流控制：每一個H橋都有一個有固定截止時間的PWM電流控制電路，以限制其負(fù)載電流在一個設(shè)計值。初始時，對角線上的一對源接收DMOS（一對上下橋臂）處于輸出狀態(tài)，電流流經(jīng)電機(jī)繞組和SENCE腳所接的電流取樣電阻（見圖1）。當(dāng)取樣電阻上的壓降等于D／A的輸出電壓時，電流取樣比較器將PWM鎖存器復(fù)位，從而關(guān)斷源驅(qū)動器（上橋臂），進(jìn)入慢衰減模式；或同時關(guān)斷源接收驅(qū)動器（上下橋臂）進(jìn)入快或混合衰減模式，使產(chǎn)生環(huán)流或電流回流至源端。該環(huán)流或回流將持續(xù)衰減至固定截止時間結(jié)束為止。然后，正確的輸出橋臂被再次啟動，電機(jī)繞組電流再次增加，整個PWM循環(huán)完成。
其中，****限流Imax是由取樣電阻RS和電流取樣比較器的輸入電平VREF控制的：
Imax＝VREF／8RS固定截止時間toff的計算如上所述。
�。�3）電流衰減模式控制：A3977具有自動檢測電流衰減及選擇電流衰減模式功能，從而能給微步進(jìn)提供****的正弦電流輸出。電流衰減模式由PFD的輸入進(jìn)行控制，其輸入電平的高低控制輸出電流處于慢、快及混合衰減模式。如果PFD的輸入電壓高于0．6VDD，則選擇慢衰減模式。如果PFD的輸入電壓低于0．21VDD，則選擇快衰減模式。處于二者之間的PFD電平值將選擇混合衰減模式。
其中混合衰減模式將一個PWM周期的固定截止時間分為快、慢兩個衰減部分。當(dāng)電流達(dá)到****限流Imax后，系統(tǒng)將進(jìn)入快衰減模式直至SENCE上的取樣電壓衰減至PFD的端電壓VPFD。經(jīng)過tFD的快衰減后，器件將切換至慢衰減模式直至固定截止時間結(jié)束。
其中，器件工作在快衰減模式的時間tFD為：
tFD＝RTCrln（0．6VPFD／VPFD）
�。�4）同步整流控制：同步整流控制是由SR的邏輯輸入控制的。當(dāng)SR輸入為低電平時，同步整流功能將被啟動。此期間，當(dāng)檢測到電流為零值時，可通過關(guān)閉同步整流功能來防止負(fù)載電流反向，從而防止了電機(jī)繞組反方向?qū)�。而�?dāng)SR輸入為高電平時，同步整流將被禁止。
（5）休眠模式：當(dāng)SLEEP引腳輸入為低電平時，器件將進(jìn)入休眠模式，從而大大降低器件空閑的功耗。進(jìn)入休眠模式后器件的大部分內(nèi)部電路包括DMOS輸出電路、調(diào)節(jié)器及電荷泵等都將停止工作。當(dāng)其輸入為高電平時，系統(tǒng)恢復(fù)到正常的操作狀態(tài)并將器件的輸出預(yù)置到HOME狀態(tài)。
�。�6）典型應(yīng)用電路：其典型應(yīng)用電路如圖1所示，可見其應(yīng)用電路是非常簡單的，其正常工作時僅需5個邏輯輸入即可。
5 應(yīng)用注意事項
（1）PFD引入端應(yīng)加一個0．1μF的電容去耦�！ �
（2）布線時應(yīng)布一個較厚的地層，****在本器件周圍布上星形地。
（3）****將芯片直接焊接在線路板上。
�。�4）為VBB引腳加一個大于47μF的電解電容去耦（越靠近芯片越好）。
�。�5）為保證輸出電流取樣的精確，****使取樣電阻有自己單獨的地，并將其連到器件周圍的星形地
上，而且引線越短越好。
（6）當(dāng)系統(tǒng)由休眠模式退出后，最少要延遲1ms才可以輸入步進(jìn)命令，從而為驅(qū)動DMOS的電荷泵復(fù)位提供充裕的時間
主要特點及應(yīng)用:
(1)額定輸出為:±2．5A,35V.
(2)低輸出阻抗,源端0．45Ω,接收端0．36Ω.
(3)自動電流衰減檢測并選擇混合、快和慢等電流衰減模式.
(4)邏輯電平范圍為3．0~5．5V.
(5)HOME輸出.
(6)降低功耗的同步整流功能.
(7)內(nèi)部低壓關(guān)斷、熱停車電路及環(huán)流保護(hù).
A3977
帶轉(zhuǎn)換器的微步 DMOS 驅(qū)動器
特點
±2.5 安培 35 伏特輸出率
低 rDS(ON)輸出（一般為 0.45 歐源極，0.36 歐灌電流）
自驅(qū)電流衰減模式檢測/選擇
3.0 至 5.5 伏特邏輯電源電壓范圍
混合、快與慢電流-衰減模式
自動導(dǎo)向輸出
對低功率耗散同步整流
內(nèi)部欠壓鎖定 (UVLO) 及過熱關(guān)機(jī)電路
交叉電流保護(hù)
描述
A3977SED 與 A3977SLP 是兩個完整的微步電動機(jī)驅(qū)動器，帶有內(nèi)置轉(zhuǎn)換器。 二者可在整體、1/2、1/4 及 1/8 步進(jìn)模式時操作雙極步進(jìn)電動機(jī)，輸出驅(qū)動器容量為 35 伏特及±2.5 安培。A3977 包括一個固定停機(jī)時間電流穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可在低、快或混合衰減模式下工作。 此電流衰減控制方案能減少可聽到的電動機(jī)噪音、增加步進(jìn)精確度并減少功率耗散。
轉(zhuǎn)換器是 A3977 易于實施的關(guān)鍵。 通過簡單的在“步進(jìn)”輸入中輸入一個脈沖，電動機(jī)會產(chǎn)生步進(jìn)（完整、1/2、1/4 或 1/8 步進(jìn)，根據(jù)兩個邏輯輸入的情況而定）。 該程序中沒有相位順序表、高頻率控制行或復(fù)雜的界面。 A3977 界面非常適合復(fù)雜的 μP 不可用或過載的應(yīng)用。
內(nèi)部同步整流控制電路用來改善脈寬調(diào)制 (PWM) 操作時的功率消耗。
內(nèi)部電路保護(hù)包括因滯后引起的過熱關(guān)機(jī)、欠壓鎖定 (UVLO) 及交叉電流保護(hù)。 不需要特別的加電排序。
A3977 具有兩種功率封裝可供選擇，即帶銅質(zhì)蝙蝠翼狀片的 44 引腳塑料 PLCC 以及帶外露隔熱盤的（后綴為 LP）的較�。� <1.2 毫米）28 引腳 TSSOP。 該 SLP 封裝是無鉛產(chǎn)品，且引腳框采用********霧錫電鍍。
使用A3977生產(chǎn)的，市面上最小的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器：
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