Maxim Integrated Products的輸入輸出（I/O）擴充器技術，可讓任何輸出埠都被當成一個多功能的發光二極體（LED）驅動器使用，具閃爍和脈寬調變（PWM）的亮度控制為一項獨特的優點。此擴充器系列產品能在4mm×4mm的QFN小包裝中放入18個輸出埠和3mm×3mm的QFN小包裝中放入10個輸出埠。此種產品被發展的原因，是因為當今Cell phones、PDAs和Laptop的研發人員，在機板的較遠處仍需要監測和控制stuff tucked。那裡沒有足夠空間可以從主要的晶片組（ASIC）佈一整串的I/O線路，但是能夠允許僅兩條線的I2C介面。研發人員需要小型且省電的埠擴充器晶片，並且必須堅固且價格便宜，還能以最簡單的方式連結處理器。

設計的要領

Maxim設計者認為要滿足這些需求的最好方法，是發表一系列類似的模組，以因應不同的情況並做最佳化的搭配。以電池為動力的產品，靜態耗電流的要求是最重要的。在一般的條件下須低於1.2uA；在－40℃到＋125℃的全溫度範圍下，最高允許3.6uA。這個系列的產品，操作電壓從2V到3.6V並且支援熱插入。關機時，所有裝置的接腳皆呈現至少可承受6V的高阻抗（除了電源供應接腳外）。這些裝置在附件熱插拔的應用上非常方便，因為不論是否起動這個晶片，輸入輸出埠和串聯界面（serial interface）皆可以繼續工作。

《表一　MAX6964-5與MAX7313-6 Port Expander Family系列產品》

脈波亮度控制

全系列的MAX6964-5、MAX7313-6皆包含LED的亮度和閃爍控制。所有的輸出埠皆能夠汲取50mA，這電流足夠驅動大多數的LED。對高電流的LED，適用於照相機照明的白光LED，亦可將數個輸出埠並聯驅動。任一埠能夠被設定為固定的邏輯準位（例如為邏輯輸出），或者脈寬調變（PWM）以提供平均電流（和亮度）使LED負載成為可調整式的。

內部的32kHz振盪器產生脈寬調變（PWM）的時間。在output-by-output 基準上來啟動脈寬調變亮度控制，允許這個埠擴充器提供多工的LED脈寬調變驅動和無干擾邏輯輸出。當沒有輸入輸出埠對LED提供脈寬調變亮度控制時，內部振盪器自動地關閉，進而使操作電流減到最少。

脈寬調變亮度控制使用4位元（4bit）的主控制和4位元組（4bits）的個別輸出控制。這4位元的主控制提供16階全區的亮度控制，它適用於所有為PWM輸出的輸出埠。這主控制設定最大脈波寬度從脈寬調變時間的1/15到15/15，因此為這些脈寬調變輸出設定了最大亮度。這每一個輸出設定包含另一個4bit個別輸出，進一步細分工作週期，允許其從它主控制所設的工作時間的1/16到15/16。

如果這個應用使用相同的脈寬調變設定到所有為脈寬調變信號的輸出埠，則單一脈寬調變控制能夠替代所有個體控制。這將簡化這個控制軟體，因為僅需要寫入一個暫存器來調整這些LED的亮度，這些裝置允許超過240階的亮度控制。

《圖一　PWM Timing》

LED的閃爍

這些用於設定埠的邏輯準位或者脈寬調變設定的內部暫存器是相同的。透過軟體（內部暫存器位元）或者透過硬體（這個Blink輸入接腳）選擇暫存器組能夠控制這個埠的設定。這兩個控制方式是以EXORed方式來選擇暫存器組，任何時候轉變任一個控制方式將改變暫存器組。Blink的控制是在每一個暫存器組放置不同LED的亮度設定，利用這種控制可輕易對亮度設定，無須每次重覆寫入所有埠暫存器。一個較普遍的應用是利用硬體中斷來控制這個Blink輸入接腳，透過暫存器組關閉所有LED。Blink輸入能夠以100kHz頻率來驅動，所以它甚至能夠用來作為脈寬調變控制。

結論

埠擴充器的發展可滿足顧客的需要和期望。將來可能越來越多的類比和功率開關功能將包含此類低價週邊產品。隨著微控制單元（microcontroller）和系統（ASIC）走向較小的架構和較低的供應電壓趨勢，基於成本考量下，必須將這些功能放至特殊化的I/O晶片內，而非將其放至高成本、高密度的邏輯晶片內。（作者任職於Maxim Integrated Products）