高性能步进电机细分IC TC1002
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一:功能特点
∗ 44 引脚QFP 封装
∗ 高达10MHz 时钟
∗ 内部集成模拟SINE/COSINE 发生器，DAC
∗ PWM 电流控制
∗ 少量的外部电路
∗ 自动减少电流
∗ 14 种细分选择
∗ 细分数的改变不会中断马达的运行
∗ Standalone or Buss 模式
∗ 5V 电源供电
∗ 过流保护
∗ 过温保护
∗ 错误输出
∗ 整步输出
∗ 消除共振
二:特性描述
TC1002 是一个高性能细分步进马达控制器。它包含一个模拟SINE/COSINE 信
号发生器，完整的数字控制集成在一颗IC 中，高集成度减少产品的设计周期。尽量的
减少了外部的分立元件，提供给设计者一个简单但又高效的产品。在一个完整的细分控
制系统上，TC1002 全面的控制马达运行状况，14 种细分等级，它能在任何时候改变马
达状态，没有必要要复位控制器。它很容易使马达前进使用者设定的固定步数。另外在
“整步”输出上，当马达长时间工作后，它会指出马达是否还处于整步状态上。TC1002
通过输入时钟和方向两种信号就可控制马达，并可以工作在离散状态下。设计者可以将
驱动电路和一个44 脚的QFP 封装控制芯片一起放置在PCB 上。
三:引脚功能说明
44 脚名称引脚功能
37 SCLK 阶跃时钟输入。一个正边沿能够使电机前进一个增量。
36 RESET 当RESET 脚为低时，这一输入会复位芯片。当重新释放时，
控制器会在它的初始状态（OUTA 为0，OUTB 为峰值）
38 DIR 方向输入。这一输入用来改变电机的方向。物理位置也和电机
线圈连接有关。
12 CSEL 时钟选择输入。为低时，内部的正弦余弦发生器作为SCLK 输
入且不依赖于EN 输入电平。为高时，当EN 输入为低时，COUT
输出将作为SCLK 输入，相反地，当EN 输入为高时，内部的
正弦余弦发生器将作为SCLK 信号。
10 RSEL ROM 选择脚，为低选择SIN/COS 发生器，为高选择外部查找
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表
39 EN 使能输入。为低时，会使能/失效PWM 和全桥输出信号。
41 FSETP 全步输出信号。这一低有效的信号显示了什么时候芯片正弦余
弦输出处于全步位置。
40 FAULT 错误输出信号。这一高有效的输出信号显示了什么时候错误发
生。它会在芯片复位之前一直保持有效状态。
13 WR 写输入。当芯片被设置成接入状态时，这一输入被用来锁存微
步选择，使能和方向输入。
15 MODE 模式选择输入。这一输入是用来设置芯片处于单机状态或者接
入状态。
23，24，
25，26
HRA，LRA，
LLA，HLA
状态A 高面和低面全桥控制信号。这些输出被用来控制离散
P-N 或者N-N 全桥电源区。
4，5，6，
7
HLB，LLB，
LRB，HRB
状态B 高面和低面全桥控制信号。这些输出被用来控制离散
P-N 或者N-N 全桥电源区。
19 OUTB 状态B 的余弦DAC 波形输出信号。
20 VrefB 参考电压
17 OUTA 状态A 的正弦DAC 波形输出信号。
16 VrefA 参考电压
42 IHI 高有效或者低有效的高面全桥控制信号的极性选择。
43 ILOW 高有效或者低有效的低面全桥控制信号的极性选择
21，9 VSA，VSB 状态A 和状态B 的电流输入。
22，8 OVCA ，
OVCB
状态A 和状态B 电流/短路电路保护输入。
3 CURRED 自动电流衰减输出信号。这一高有效输出信号用来自动衰减驱
动器的输出电流。
1，2 OSCRC ，
OSCR
PWM 振荡器的电阻/电容。
32,31 OVV,
OVTMP
过压保护输入。过温保护输入。
14，44 VCC 电源。
18 AGND 模拟地。
11，33， GND 数字地。
27-30 MSEL0-MSE
L3
微步选择输入。这些输入用来选择每全步的微步数。可用值有：
2，4，5，8，10，16，25，32，50，64，125，128，250，256。
34，35 CIR0，CIR1 PWM 循环选择输入。这些输入用来选择PWM 是否处于循环
或者非循环模式，或者自动循环和非循环模式。
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四:内部方框图
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五:典型应用图
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六:电气特性
测试条件: Vdd=+5.0±10%, Topr=25°C
符号参数条件最小典型最大单
位
VIL 低电平输入电压0.8 V
VIH 高电平输入电压2.0 V
VT+ 施密特触发器高电平输入电压VDD=5.0 4.0 V
VT- 施密特触发器低电平输入电压VDD=5.0 0.9 V
VH 施密特触发器迟滞电压VDD=5.0 0.1
IIL 低电平输入电流VIN=VSS 1.0 m
A
IIH 高电平输入电流VIN=VDD 1.0 m
A
VOL 低电平输出电压VSS=+0.
4
V
VOH 高电平输出电压VDD=-0.
4
V
IOL 低电平输出电流-6.0 m
A
IOH 高电平输出电流3.0 m
A
ICC 工作电流20 m
A
表1.1: 直流电气特性
符号参数最小典型最大单位
tRW RESET 脉宽200 nS
tS MSEL, SCLK 建立时间100 nS
tSW SCLK 脉宽10 1/2(fCL
K)
nS
tWR WR 脉宽20 nS
tWH WR 上升沿后数据保持时间0 nS
fPWM PWM 频率20 KHz
fCLK SCLK 输入频率10 MHz
表1.2: 交流电气特性
参数符号范围单位
直流工作电压VDD VSS-0.3 to +7.0 V
输入电压VIN VSS-0.3 to VDD +7.0 V
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输出电压VOUT VSS-0.3 to VDD +7.0 V
储存温度TSTG -65 to +150 °C
表1.3: 最大额定值
参数符号最小典型最大单位
直流工作电压VDD 4.5 5.0 5.5 V
输入电压VIN VSS VDD V
工作温度TOPR -20 85 °C
表1.4: 推荐工作条件
七:内容说明
1:输入保护
这里有四种保护输入：过温，过压，A/B 相过流四种输入脚通过施密特触发
器到达4 输入AND 门，一种或一种以上的保护输入都有效，没有用到的输入脚必须接逻辑
高电平状态。在发现一个错误后，TC1002 将会锁存这个错误，FAULT 输出脚输出为逻辑高
电平状态。这个时候，相位控制脚，相位使能脚，PWM 都无效。TC1002 必须拉低RESET
脚来进行复位，或者关闭电源来清除错误状态来使PWM 和驱动控制脚重新有效.
图1.3 and 1.4 举例过温/过流应用
图1.3: 过流保护例子图1.4: 过温保护例子
2:细分选择
细分选择输入脚被用来改变马达每步的细分数。这个输入脚会经过一个施
密特触发器用来增强信号的抗干扰性。这里有14 种不同的细分档在这芯片中。表1.2 列出
了MSEL0~3 与细分档的关系。TC1002 的一个特点就是细分档可以在任何时候改变。细分
档无论马达的工作过程中还是在复位状态下都可改变。只要在下一个SCLK 时钟的上升沿
到来后，新的细分档被锁存和执行，如果新的细分档被选择，原来设置的步数将不能满足使
马达停留在整步上。要使马达停留在整步上，步数的选择和细分档是有一定的关系。另外使
用者还可以利用FSTEP 脚来调整。
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图1.2 细分设置
3:步/方向输入
TC1002 包含一个内在的SIN/COS 发生器和DAC，被用来定位A 相/和B
相的相位关系，它输出一个模拟的正弦/余弦波，因此外部就不需要再用DAC。SCLK 和DIR
输入经过施密特触发器用来增强信号的抗干扰性，使OUTA/OUTB 的输出信号增加一个量
或减少一个量。OUTA/OUTB 信号会在步时钟上升沿改变。至于OUTA/OUTB 信号改变了
多少量，就由MSEL0~3 脚来决定。DIR 输入脚决定了OUTA/OUTB 波形的方向，也就决定
了马达运行的方向。DIR 同步于SCLK。DIR 在SCLK 的上升沿处被锁存和执行EN 脚并不
会影响SCLK 输入脚，如果有信号加到SCLK 上，SIN/COS 发生器将继续改变，OUTA/OUTB
同时输出。
4:芯片选择输入
CSEL 脚用来开启一些功能，MSEL0，MSEL1 选择功能。当CSEL 为低电平或者没有连接
使，MSEL0，MSEL1 用做细分选择。当CSEL 为高电平，MSEL0，MSEL1 可以被用来：
复位芯片，使PWM 和驱动控制输出脚无效，SCLK 信号切换到COUT 脚。MSEL0，MSEL1
输入脚和功能的关系见表1.7
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图1.7 芯片选择设置
5:整步输出
这个引脚输出为高就表明当前马达正处在整步中。在OUTA 或OUTB 为最低
时就会有整步输出。
6:对偶 PWM
TC1002 包含一个独特的对偶PWM 电路，它能有效的控制两相马达线圈中的
电流，内部的PWM 使用在快速衰减或慢速衰减模式中控制电流慢速衰减模式,
在慢速衰减PWM，线圈中的电流在PWM 关闭下，在电路中循环慢速衰减，通常用在低感
应系数的马达中。见图1.5 快速衰减模式,在快速衰减PWM，电流在PWM 关闭的情况下，
通过桥流向电压源。这种方式控制电流允许快速响应但会降低效率，增加电流纹波。尤其在
低感应系数马达中。见图1.6
图1.5 慢速衰减PWM 图1.6 快速衰减PWM
在OUTA/OUTB 上升阶段，PWM 将会处在慢速衰减模式，在这个模式下，驱动器尽量保持
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电流缓慢减小，提供驱动器工作效率。
在OUTA/OUTB 下降阶段，PWM 将有可能处在两种模式下。第一种是慢速衰减模式提高工
作效率和减少电流纹波，第二种是快速衰减模式下，从马达线圈中拉电流回电源。
7:设置 PWM类型
在TC1002 中PWM 可以通过CIR0 和CIR1 设置成慢速衰减模式，快速衰减模式。这之间
的关系见图1.8
图1.8 电流控制模式设置
8:驱动控制输出
图1.7 是OUTA/OUTB，PWM，驱动控制之间的关系。当OUTA 或OUTB
为0，所有驱动控制脚和使能被关闭。IHI 和ILOW 输入脚用来分别改变上半边和下半边驱
动信号的极性。这两个引脚不影响EN 和PWM 输出信号
图1.7 驱动控制输出
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图1.8 驱动控制输出例子
9:电流控制
电路例子见图1.9
图1.9 电流数字控制例子
自动减小电流
TC1002 包含一个自动减小电流电路。当马达处在空闲的时候，最后一个SCLK 上
升沿1.5 秒后，CURRED 脚自动输出为高。在这个脚外加一些结构就可以用来减小线圈中
的电流， 在下一个SCLK 上升沿来后，CURRED 脚将被复位。这功能可以很好的减小马达
和驱动器的电流，从而可以减小其发热，提高电源效率，虽然两相中的电流都减小，但其减
小的百分比是一样的，所以马达还是停留在那里。
图2.0 自动减小电流
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10:OSC
TC1002 包含一个内在的OSC 发生器，通过外部RC 电路，推荐其工作在20KHz，
以减少马达发热和避开听觉范围。OSC 频率与RC 关系图见1.9
图1.9 OSC 频率设置
11:RESET
RESET 输入脚经过施密特去初始化TC1002。TC1002 必须上电后复位以保证，
后面操作。为了初始化TC1002，RESET 被拉为逻辑低电平状态至少200ns
初始化TC1002 后，A 相处在0 状态，B 相处在最大状态。只要没有错误发生，FAULT 输出
被清除。在没有SCLK 输入的1.5 秒后，自动减小电流。细分选择和方向在RESET 的上升
沿被锁存。这些无论在Buss 或Stand-alone 模式。
12:外部查找表
TC1002 允许使用外部查找表去合成A 相/B 相波形。通过使用RSEL 脚来实现。
通过查找表可以合成自己想要的波形。当RSEL 脚处于逻辑低电平状态时，内部查找表功能
被选择。当RSEL 为高电平时，地址将会输出到OUTB。这个8 位的地址增加或减小取决于
细分和方向输入脚，TC1002 使用一个逐渐递增的地址发生器。8 位地址可以组合成256 种
状态。只有四分之一OUTA/OUTB 波形被储存。TC1002 会自动复制这些波形信息。
图2.0 显示了当MSEL0~3 选择5 细分时，产生的地址
图2.0 查找表对应地址
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13：Buss/Stand-alone 模式
TC1002 可以工作在Stand-alone 模式或者也可以工作在Buss 模式连接到微控
制器。如果MODE 输入脚为高电平，TC1002 将处在Stand-alone 模式，MSEL0~3 和DIR 在
SCLK 上升沿的时候被锁存。EN 脚不依靠SCLK。如果MODE 输入脚为低电平，TC1002
将处在Buss 模式，MSEL0~3，DIR 和EN 在WR 上升沿后被锁存。图2.2 显示了WR 的时
序。
图2.2 WR 时序
八：封装
图1.2 TC1002 封装

该产品由深圳微芯集成电路设计有限公司 自主研发设计。

深圳市微芯集成电路设计有限公司成立于2006年5月，由国内外集成电路设计服务行业的高级人才合资创建。是一家致力于集成电路产品设计服务的公司，为同行提供最具竞争力的集成电路设计服务解决方案。为客户降低产品成本、提高产品的性能并加快客户产品的上市时间，消除客户对整个芯片设计和制造的顾虑。通过依靠我们具有丰富设计经验的团队来实现芯片,客户可以把精力集中放在自己的技术研究、系统和产品开发上，最终实现双赢的目的。
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tc1002芯片