步进电机驱动芯片
集成电路
TRINAMIC Motion Control GmbH & Co. KG 汉堡，德国
TMC2208& TMC2224 系列数据手册
特点和优势
2 相步进电机，线圈电流高达 2A（峰值）STEP/DIR 接口，支持 2、4、8、16 或 32 微步设置
通过 microPlyer™插值实现 256 微步平滑运行
stealthChop2™静音电机运行
spreadCycle™ 高动态电机控制斩波器
低 RDSon LS 280mΩ & HS 290mΩ（典型值 25°C）
电压范围 4.75… 36V DC
自动待机电流减少（可选）
内部感测电阻选项（无需感测电阻）被动制动和自由轮转
单线 UART & OTP 用于高级配置选项
独立运动的全保护与诊断脉冲发生器
可选 QFN、TQFP 和 HTSSOP 封装以最佳适配
应用
兼容设计升级 3D 打印机、打印机、POS 办公和家庭自动化、纺织、缝纫机、CCTV、安防、ATM、现金回收机、HVAC
描述
TMC2202、TMC2208、TMC2220、TMC2224 和 TMC2225 是用于两相步进电机的超静音电机驱动 IC。它们的引脚排列与多种传统驱动器兼容。TRINAMIC 的先进隐蔽 Chop2 斩波器确保无噪声运行、最高效率和最佳电机扭矩。其快速电流调节和可选的 spreadCycle 组合可实现高度动态的运动。集成的功率 MOSFET 可处理高达 1.4A RMS 的电机电流。保护和诊断功能支持稳健可靠的运行。简单的 UART 接口提供了更多调谐和控制选项。针对特定应用的调谐可以存储在 OTP 存储器中。行业最先进的 STEP/DIR 步进电机驱动器系列升级设计，实现无噪声和最精确的运行，为高性价比和极具竞争力的解决方案。
TMC2202、TMC2208、TMC2220、TMC2224、TMC2225 双相双极步进电机驱动器，峰值电流高达 2A - 静音运行 stealthChop™ - UART 接口选项。
框图
spreadCycle
stealthChop2
驱动器
TMC220X
TMC222X
256 μ步
序列器
脉冲发生器
UART
可选控制
功率
电源
电机
步进/方向
步进乘法器
隐蔽斩波
DAC Reference
IREF 可选电流缩放
UART 控制
时钟
控制
寄存器
设置
Standstill Current
Reduction
CLK Oscillator /
Selector
充电泵
+5V 稳压器
模式
选择
配置
引脚
OTP
内存
保护
& 诊断
诊断输出/索引
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2
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应用实例：简单解决方案—高效能
TMC22xx 系列凭借其高功率密度、集成式功率 MOSFET、平稳安静的操作以及亲切的简单性而备受青睐。TMC22xx 涵盖了从电池系统到嵌入式应用的各种应用范围，每个线圈可支持高达 2A 的电机电流。TRINAMIC 独特的斩波模式 spreadCycle 和 stealthChop2 优化了驱动性能。stealthChop 将电机噪音在低速时降至静音水平。待机电流减少有助于降低功耗和冷却成本。广泛的支持功能能够实现快速设计周期和具有竞争力的产品上市时间。
SRLSD
S/D
N
S
0A+
0A-
0B+
TMC22xx
0B-
错误，索引
S/D
N
S
0A+
0A-
0B+
TMC22xx
0B-
UART
CPU
高层
接口
UART FDC
感测电阻可以省略
TMC2208-EVAL EB
订单代码
订单代码 描述
尺寸[mm]
TMC2208-LA
stealthChop 独立驱动器；QFN28（符合 RoHS 标准）
5 x 5
TMC2224-LA
stealthChop 独立驱动器；QFN28（符合 RoHS 标准）
5 x 5
TMC2202-WA
stealthChop 驱动器；可焊接边缘 QFN32（符合 RoHS 标准） 5 x 5
TMC2220-TA
选项包装：TQFP 48 – 请咨询可用性！ 9 x 9
TMC2225-SA
选项包装：HTSSOP28 – 请咨询可用性！ 9.7 x 6.4
TMC2208-EVAL
TMC2208 步进电机驱动评估板
85 x 55
TMC2224-EVAL TMC2224 步进电机驱动器评估板 85 x 55 TMC22xx-Bridge 连接器和跳线板适配 TMC22xx 系列 61 x 38 STARTRAMPE TMC2208-EVAL 及其他评估板的基础板 85 x 55
在这个例子中，配置通过引脚硬接。基于软件的运动控制产生 STEP 和 DIR（方向）信号，INDEX 和 ERROR 信号反馈状态信息。
CPU 通过步进和方向信号操作驱动器。它通过 UART 接口访问诊断信息并配置 TMC22xx。CPU 管理运动控制，TMC22xx 驱动电机并平滑和优化驱动性能。
TMC22xx-EVAL 是 TRINAMIC 通用评估板系统的一部分，该系统提供了方便的硬件处理以及用户友好的评估软件工具。TMC22xx 评估板系统由三部分组成：STARTRAMPE（基板）、TMC2208BRIDGE（带有多个测试点和独立设置的连接板）以及 TMC22xx-EVAL。
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目录
1
工作原理
4
1.1
关键概念
5
1.2
控制接口
6
1.3
移动和控制电机
6
1.4
StealthChop2 & SpreadCycle 驱动器
6
1.5
精密时钟发生器和 CLK 输入... 7
1.6
自动静止功耗下降
7
1.7
索引输出
7
2
引脚分配
8
2.1
TMC2208 封装轮廓
8
2.2
信号描述 TMC2208
8
2.3
封装轮廓 TMC2202
9
2.4
信号描述 TMC2202
9
2.5
封装轮廓 TMC2224
10
2.6
信号描述 TMC2224
11
2.7
封装轮廓 TMC2225
12
2.8
信号描述 TMC2225
12
2.9
封装轮廓 TMC2220
13
2.10
信号描述 TMC2220
13
3
示例电路
15
3.1
标准应用电路
15
3.2
内部 RDSON 检测
15
3.3
仅 5V 供电
16
3.4
配置引脚
17
3.5
高电机电流
17
3.6
驱动器保护和 EME 电路...18
4
UART 单线接口
19
4.1
数据帧结构
19
4.2
CRC 计算
21
4.3
UART 信号
21
4.4
寻址多个从设备
22
5
寄存器映射
23
5.1
通用寄存器
24
5.2
速度相关控制
29
5.3
序列器寄存器
30
5.4
斩波控制寄存器
31
6
隐蔽斩波
37
6.1
自动调谐
37
6.2
隐身斩波选项
39
6.3
隐身斩波电流调节器
39
6.4
基于速度的缩放
41
6.5
结合 StealthChop 和 SpreadCycle ..
43
6.6
StealthChop 中的标志
44
6.7
自由轮和被动制动
45
7
SpreadCycle 斩波器
47
7.1
扩散
循环设置
48
8
选择感测电阻
51
9
电机电流控制
52
9.1
模拟电流缩放 VREF
53
10
内部感测电阻
55
11
步进/方向接口
57
11.1
时序
57
11.2
改变分辨率
58
11.3
MICRO
播放器步进插值和站
静止检测
59
11.4
索引输出
60
12
内部步进脉冲发生器
61
13
驱动器诊断标志
62
13.1
温度测量
62
13.2
短路保护
62
13.3
开路负载诊断
63
13.4
诊断输出
63
14
快速配置指南
64
15
外部复位
67
16
时钟振荡器和输入
67
17
绝对最大额定值
68
18
电气特性
68
18.1
工作范围
68
18.2
直流和时序特性
69
18.3
热特性
73
19
布局注意事项
74
19.1
裸露芯片焊盘
74
19.2
接 GND
74
19.3
电源滤波
74
19.4
TMC2208 布局示例
75
20
封装机械数据
76
20.1
尺寸图 QFN28
76
20.2
尺寸图 QFN32-WA
78
20.3
封装代码
79
21
图目录
80
22
修订历史
81
23
参考文献
81
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1 工作原理
TMC22xx 系列步进电机驱动器旨在作为现有低成本步进电机驱动应用的即插即用升级。其静音驱动技术 stealthChop 可实现无故障运动控制，适用于家庭和办公应用。高效能功率级可在微小封装中实现大电流输出。TMC22xx 仅需其微小封装上的几个控制引脚。它们允许选择最重要的设置：所需的微步分辨率。可选的 2、4、8、16 或 32 微步可将驱动器适配于运动控制器的性能。某些封装选项还允许通过引脚选择斩波模式。
即使在低微步进速率下，TMC22xx 相比同类产品也提供了一系列独特的增强功能：TRINAMICs 精密的 stealthChop2 整流器加上微步进增强 microPlyer 确保无噪声运行、最高效率和最佳电机扭矩。其快速电流调节和可选的 spreadCycle 组合可实现高度动态的运动。保护和诊断功能支持稳健可靠的运行。简单易用的 8 位 UART 接口提供了更多的调谐和控制选项。针对特定应用的调谐可以存储到片上 OTP 存储器中。行业最先进的步进电机驱动器系列升级设计，实现无噪声和最精确的运行，为高性价比和极具竞争力的解决方案提供支持。
22n
50V
100n
16V
ENN
GND
焊盘
microPlyer
Full Bridge A
Full Bridge B
+V
VS
步进电机
电机
N
S
OA1
OA2
OB1
OB2
Driver
100n
BRB
100μF
CPI
CPO
BRA R
使用低电感贴片式元件，例如 1206，0.5W 用于 Rand R
R
100n
VCP
VREF
可选驱动使能
stealthChop2
spreadCycle
Integrated
Rsense
IREF
256 Microstep
Sequencer
Stand Still
Current
Reduction
2.2μ
6.3V
5VOUT
模拟电流缩放或悬空
Low ESR type
靠近 IC，短路径至芯片焊盘
Connect directly
to GND plane
Connect directly
to GND plane
VCC_IO
TMC22xx
Step&Dir input
5V Voltage
regulator
charge pump
CLK_IN
可选外部时钟
10-16MHz
3.3V 或 5V
I/O 电压
100n
Analog Scaling
VREF
Programmable
Diagnostic
Outputs
Configuration
Interface
MS1
MS2
扩散
索引
诊断
配置
(GND 或 VCC_IO)
索引脉冲
驱动器错误
PDN/UART
B. Dwersteg, ©
TRINAMIC 2016
Trimmed
CLK oscillator/
selector
UART interface
+ Register Block
Configuration
Memory (OTP)
(not with TMC2202)
(only TMC222x)
可选的 UART 接口
IREF
Step Pulse
Generator
步进
方向
步进和方向
运动控制
图 1.1 TMC22xx 基本应用框图
三种工作模式：
选项 1：独立步进/方向驱动器（传统模式）
一个 CPU（微控制器）生成与系统内其他电机和组件同步的步进和方向信号。TMC22xx 根据配置引脚和 STEP/DIR 信号来控制电机。电机运行电流要么是固定的，要么由 CPU 使用模拟输入 VREF 设置。PDN_UART 引脚选择自动静止电流减少。INDEX 和 DIAG 输出信号将驱动器反馈给 CPU。使用 ENN 引脚来启用或禁用电机。
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OPTION 2: 独立式 STEP/DIR 驱动器，带 OTP 预配置
通过预编程 OTP 存储器（标签 UART & OTP）启用的附加选项：
+ 针对应用进行斩波器调优，以实现应用定制性能 + 通过将驱动器切换到内部感测电阻模式来降低成本 + 调整自动掉电级别和时间，以实现最佳应用效率
S/D
N
S
0A+
0A-
0B+
TMC22xx
0B-
错误，索引
CPU
高层
接口
TXD 仅或位
串口 UART
其他驱动器 外部预-
编程
图 1.2 独立驱动器带预配置
要启用附加选项，可以通过一次性编程驱动器的 OTP 内存，或存储配置在 CPU 中并在每次上电后将其传输到片上寄存器。操作使用与选项 1 相同的信号。编程无需在应用程序内完成——它可以在 PCB 测试期间执行！或者，使用 CPU 固件进行位操作来配置驱动器。可以使用单条 TXD 线同时编程多个驱动器。
选项 3：带完整诊断和控制步/方向驱动器
与选项 2 类似，但引脚 PDN_UART 连接到 CPU UART 接口。附加选项（标签 UART）：
+ 详细诊断和热管理 + 无源制动和自由轮转，实现灵活、最低功耗停止模式 + 更多的微步分辨率设置选项（全步到 256 微步） + 软件控制电机电流设置和更多斩波选项
该模式允许用单条接口线替换所有控制线，如 ENN、DIAG、INDEX、MS1、MS2 和模拟电流设置 VREF。这样，只需三条信号即可实现完全控制：STEP、DIR 和 PDN_UART。即使没有外部 STEP 脉冲，也能通过内部可编程步进脉冲发生器提供运动。不过，TMC22xx 不提供加减速功能。使用模拟多路复用器 IC 可以实现多个驱动 IC 的访问。
1.1 关键概念
TMC22xx 实现了 TRINAMIC 产品独有的先进功能。这些功能有助于在许多步进电机应用中实现更高的精度、更高的能效、更高的可靠性、更平滑的运动和更低的运行温度。
stealthChop2™ 无噪音、高精度斩波算法，实现无声运动和无噪音
电机静止。比 stealthChop™允许更快的电机加减速，并将 stealthChop 扩展到低静止电机电流。
spreadCycle™ 高精度逐周期电流控制算法，实现最高动态运动。
microPlyer™ 微步插补器，用于获得完整的 256 微步平滑性，且更低
从全步开始，分辨率为步进输入
除了这些性能提升之外，TRINAMIC 电机驱动器还提供保护措施，用于检测并保护短路输出、输出开路、过温以及欠压条件，以增强安全性和从设备故障中恢复。
UART
UART
OTP
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1.2 控制接口
TMC22xx 支持离散控制线用于基本模式选择，以及基于 UART 的单线接口并带有 CRC 校验。当发送正确的 UART 数据时，UART 接口会自动启用。在使用 UART 时，可以通过控制位禁用引脚选择。
1.2.1 UART 接口
单线接口允许单向操作（仅用于参数设置），或用于全控制和诊断的双向操作。它可由任何标准微控制器的 UART 驱动，甚至可以通过软件位操作驱动。波特率可在 9600 波特到 500k 波特，甚至更高（使用外部时钟时）之间使用。无需波特率配置，因为 TMC22xx 会自动适应主控的波特率。帧格式与智能 TRINAMIC 控制器和驱动 IC TMC5130 和 TMC5072 相同。CRC 校验和允许在更长的距离上传输数据。对于固定的初始化序列，将包括 CRC 的数据存储到μC 中，因此只需几百字节的代码即可完成完整初始化。如果不需要，可以在读取访问时忽略 CRC。这使得 CRC 成为一个可选功能！IC 具有固定地址。如果不需要读取访问，可以通过将所有接口引脚连接在一起来并行编程多个驱动器。可选的寻址可以通过模拟多路复用器（如 74HC4066）提供。
从软件角度来看，TMC22xx 是一个带有多个控制和状态寄存器的设备。其中大部分寄存器要么只能写入，要么只能读取。有些寄存器允许读写访问。如果需要以读-改-写的方式访问只写寄存器，可以在主软件中实现一个影子寄存器。
1.3
电机移动与控制
1.3.1 STEP/DIR 接口
电机由步进和方向输入控制。STEP 输入上的有效边缘可以是上升沿，也可以是上升沿和下降沿，这由一个特殊模式位（DEDGE）控制。使用两个边缘会将 STEP 信号的切换速率减半，这对于通过慢速接口（如光隔离接口）进行通信很有用。在 STEP 边缘激活时，从 DIR 输入采样的状态决定了是向前还是向后步进。每一步可以是全步或微步，其中每全步有 2、4、8、16、32、64、128 或 256 个微步。DIR 为低电平的步进脉冲会增加微步计数器，而高电平会根据微步分辨率减少计数器。内部表将计数器值转换为正弦和余弦值，这些值控制电机电流以实现微步。
1.3.2 内部步进脉冲发生器
某些应用不需要精确的协调运动——只需让电机在特定时间和特定速度下运行即可。TMC22xx 系列驱动芯片为这些应用配备了内部脉冲发生器：只需通过 UART 接口提供速度值即可驱动电机运行。速度的正负号会自动控制运动方向。然而，脉冲发生器不包含斜坡控制功能。在较高速度下运行时，需要通过软件进行速度值的斜坡上升和下降控制。
STEP/DIR 模式和内部脉冲发生器模式可以在一个应用中混合使用！
1.4 静默斩波 2 & 扩展周期驱动
stealthChop 是一种基于电压斩波原理的技术。它特别保证电机在静止和慢速运行时绝对安静，除了球轴承产生的噪音。与其他电压模式斩波器不同，stealthChop2 无需任何配置。它在上电后的第一次运动中自动学习最佳设置，并在后续运动中进一步优化设置。一个初始的寻家序列就足够用于学习。初始学习参数可以选择存储到 OTP 中。stealthChop2 通过立即响应电机速度的变化，允许高电机动态性能。
UART
UART
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对于最高速度应用，spreadCycle 是 stealthChop2 的一个选项。它可以通过输入引脚（TMC222x）或通过 UART 和 OTP 启用。stealthChop2 和 spreadCycle 甚至可以以组合配置使用，以实现两者的最佳效果：stealthChop2 用于无噪音的静止状态，安静且平稳的性能，spreadCycle 用于更高速度以实现高动态性和最高峰值速度同时保持低振动。
spreadCycle 是一种高级的逐周期斩波模式。它在广泛的转速和负载范围内提供平稳的操作和良好的谐振阻尼。spreadCycle 斩波方案自动集成和调整快速衰减周期，以确保平稳的零交叉性能。
使用 stealthChop2 的优势：
-
显著提高低成本电机的微步精度
-
电机运行平稳且安静
-
完全无待机噪音
-
减少机械共振带来扭矩提升
1.5 精密时钟发生器和 CLK 输入
TMC22xx 提供了工厂校准的内部时钟发生器，用于精确控制斩波频率和性能。然而，它还提供了一个可选的外部时钟输入，适用于需要石英级精度或需要更低或更高频率的情况。为了安全起见，时钟输入具有超时检测功能，当外部源失效时，会切换回内部时钟。
1.6 自动静止功耗下降
自动电流减少功能可以大幅降低应用功耗和散热需求。默认情况下，通过将 PDN_UART 输入拉至 GND 来启用静止电流减少功能。它将静止功耗降低至运行电流的一半以上，从而将静止功耗减少到不到 33%。
可通过 UART 修改静止电流、延迟时间和衰减时间，或通过内部 OTP 预编程。静止时，自动自由轮转和被动电机制动作为可选功能提供。被动制动将电机静止功耗降至零，同时仍然提供有效的阻尼和制动功能！
t
电流
关断电源
断电
延时时间
均方根电机电流轨迹，引脚 PDN=0
IHOLD
IRUN
IHOLDDELAY
关断电源
斜坡时间
步进
图 1.3 自动电机电流关断
1.7 索引输出
索引输出每电气旋转输出一个脉冲，即每个四全步一个脉冲。它显示了内部序列器微步 0 位置（MSTEP 接近 0）。这是开机位置。结合机械原点开关，可以实现更精确的原点定位。
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2 引脚分配
TMC22xx 系列有多种封装变体，以适应不同的安装空间。请查询可用性。
2.1
TMC2208 封装轮廓
OB2
ENN
GND
CPO
-
OB1
BRA
时钟
索引
MS2
诊断
步进
VREF
GND
方向
-
OA2
CPI
VCP
PDN_UART
MS1
5VOUT
OA1
-
BRB
VS
VS
VCC_IO
1
2
3
4
5
6
7
21
20
19
18
17
16
15
22
23
24
25
26
27
28
14
13
12
11
10
9
8
TMC2208
QFN28
焊盘=GND
© B. Dwersteg,
TRINAMIC
图 2.1 TMC2208 引脚顶视图——类型：QFN28，5x5mm²，0.5mm 间距
2.2
信号描述 TMC2208
引脚编号 类型 功能
OB2
1
电机线圈 B 输出 2
ENN
2
DI
禁止输入。当此引脚被驱动为高电平时，功率级会关闭（所有电机输出浮空）。
GND 3, 18
GND. 连接到靠近引脚的 GND 平面。
CPO 4
充电泵电容输出。
CPI 5
充电泵电容输入。使用 22nF 50V 电容连接到 CPO。
VCP
6
充电泵电压。使用 100nF 电容连接到 VS。
N.C.
7, 20,
25
未使用的引脚，保持悬空或连接到 GND 以确保与未来版本的兼容性。
5VOUT 8
内部 5V 稳压器的输出。在引脚附近接地端连接 2.2μF 至 4.7μF 的陶瓷电容以获得最佳性能。将 GND 焊盘的回路尽可能缩短。
MS1
9
DI (pd) 微步分辨率配置（内部下拉电阻）
MS2, MS1: 00: 1/8, 01: 1/2, 10: 1/4 11: 1/16
MS2 10
DI (pd)
DIAG 11
DO 诊断输出。驱动器错误时高电平。由 ENN=高电平复位。
INDEX 12
DO 可配置的索引输出。提供索引脉冲。
CLK
13
DI
CLK 输入。使用短导线连接到 GND 以使用内部时钟或供应外部时钟。
PDN_UART 14
DIO
关断非控制输入（低电平=自动减速电流）。可选 UART 输入/输出。UART 模式下可禁用关断功能。
VCC_IO 15
所有数字引脚的 3.3V 至 5V IO 供电电压。
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引脚编号 类型 功能
STEP
16
DI
STEP 输入
VREF 17
AI
用于电流缩放或使用内部检测电阻的模拟参考电压（可选模式）
DIR
19
DI (pd) DIR 输入（内部下拉电阻）
VS
22, 28
电机供电电压。在引脚附近提供滤波能力，形成尽可能短的回路至 GND 焊盘。
OA2
21
电机线圈 A 输出 2
BRA
23
线圈 A 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
OA1 24
电机线圈 A 输出 1
OB1
26
电机线圈 B 输出 1
BRB
27
线圈 B 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
暴露
芯片焊盘
-
将暴露的芯片焊盘连接到 GND 平面。尽可能多地提供通孔以实现热量传递到 GND 平面。作为功率驱动器和模拟电路的 GND 引脚。
2.3
TMC2202 封装轮廓
CPO
OB1
OA1
时钟
诊断
MS1MS2
GND
方向
-
VS
-
OA2
ENN
GND
PDN_UART
5VOUT
VCP
-
-
-
BRB
-
VREF
1
2
3
4
5
6
7
24
23
22
21
20
19
18
26
27
28
29
30
31
32
15
14
13
12
11
10
9
TMC2202
QFN32
焊盘=GND
8
OB2
-
VS
-
17
© B. Dwersteg,
TRINAMIC
CPI
步进
VCC_IO
16
BRA
25
图 2.2 TMC2202 引脚顶视图——类型：QFN32，5x5mm²，0.5mm 间距
2.4
TMC2202 信号描述
引脚编号 类型 功能
OB2
1
电机线圈 B 输出 2
N.C.
2, 4, 21,
23, 26,
28, 29,
31
未使用引脚，保持悬空以提供更高的爬电电压距离。
VS
3, 22
电机供电电压。在距离 GND 焊盘最近的引脚附近提供滤波能力。
ENN
5
DI
禁止输入。当此引脚被驱动为高电平时，功率级会关闭（所有电机输出浮空）。
TMC220X, TMC222X 数据表（版本 1.02 / 2017 年 5 月 16 日）
10
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引脚编号 类型 功能
GND 6, 19
GND. 连接到靠近引脚的 GND 平面。
CPO 7
充电泵电容输出。
CPI 8
充电泵电容输入。使用 22nF 50V 电容连接到 CPO。
VCP
9
充电泵电压。使用 100nF 电容连接到 VS。
5VOUT 10
内部 5V 稳压器的输出。在引脚附近接地端连接 2.2μF 至 4.7μF 的陶瓷电容以获得最佳性能。将 GND 焊盘的回路尽可能缩短。
MS1
11
DI (pd) 微步分辨率配置（内部下拉电阻）
MS2, MS1: 00: 1/8, 01: 1/2, 10: 1/4 11: 1/16
MS2 12
DI (pd)
DIAG
13
DO 诊断输出。驱动器出错时高电平。通过 ENN=高电平复位。
CLK
14
DI
CLK 输入。使用短导线连接到 GND 以使用内部时钟或供应外部时钟。
PDN_UART 15
DIO
关断非控制输入（低电平=自动减速电流）。可选 UART 输入/输出。UART 模式下可禁用关断功能。
VCC_IO 16 3.3V 至 5V 所有数字引脚的 IO 电源电压。STEP 17 DI STEP 输入
VREF 18
AI
电流缩放用模拟参考电压或内部检测电阻参考电流（可选模式）
DIR 20
DI (pd) DIR 输入（内部下拉电阻）
OA2
24
电机线圈 A 输出 2
BRA
25
线圈 A 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
OA1 27
电机线圈 A 输出 1
OB1
30
电机线圈 B 输出 1
BRB
32
线圈 B 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
暴露
芯片焊盘
-
将暴露的芯片焊盘连接到 GND 平面。尽可能多地提供通孔以实现热量传递到 GND 平面。作为功率驱动器和模拟电路的 GND 引脚。
2.5
TMC2224 封装轮廓
MS2
索引
GND
CPO
VS
-
方向
OB2
BRB
OA1OB1
测试
GND
5VOUT
VCC_IO
PDN_UART
诊断
CPI
VCP
VS
BRA
OA2
ENN
步进
时钟
MS1
扩散
VREF
1
2
3
4
5
6
7
21
20
19
18
17
16
15
22
23
24
25
26
27
28
14
13
12
11
10
9
8
TMC2224
QFN28
焊盘=GND
© B. Dwersteg,
TRINAMIC
图 2.3 TMC2224 引脚顶部视图——类型：QFN28，5x5mm²，0.5mm 间距
TMC220X, TMC222X 数据表（版本 1.02 / 2017 年 5 月 16 日）
11
www.trinamic.com
2.6
信号描述 TMC2224
引脚编号 类型 功能
MS1
28
DI (pd) 微步分辨率配置（内部下拉电阻）
MS2, MS1: 00: 1/4, 01: 1/8, 10: 1/16, 11: 1/32
MS2 1
DI (pd)
INDEX 2
DO 可配置的索引输出。提供索引脉冲。
GND 3, 17
GND. 连接到靠近引脚的 GND 平面。
CPO 4
充电泵电容输出。
CPI 5
充电泵电容输入。使用 22nF 50V 电容连接到 CPO。
VCP
6
充电泵电压。使用 100nF 电容连接到 VS。
VS
7, 14
电机供电电压。在引脚附近提供滤波能力，使用最短可能的回路连接到 GND 焊盘。
OA2
8
电机线圈 A 输出 2
BRA
9
线圈 A 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
OA1 10
电机线圈 A 输出 1
OB1
11
电机线圈 B 输出 1
BRB
12
线圈 B 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
OB2
13
电机线圈 B 输出 2
VREF 15
AI
电流缩放用模拟参考电压或内部检测电阻参考电流（可选模式）
TEST
16
连接到 GND。也可以悬空或连接到 VREF。
5VOUT 18
内部 5V 稳压器的输出。在引脚附近接地端连接 2.2μF 至 4.7μF 的陶瓷电容以获得最佳性能。将 GND 焊盘的回路尽可能缩短。
VCC_IO 19
3.3V 至 5V 的所有数字引脚的 IO 电源电压。
PDN_UART 20
DIO
(pd)
关断非控制输入（低电平=自动减速）。（内部下拉电阻）可选 UART 输入/输出。UART 模式下可禁用关断功能。
DIAG 21
DO 诊断输出。驱动器出错时高电平。由 ENN=高电平复位。
SPREAD 22
DI (pd) 整流器模式选择：低=隐蔽整流，高=扩散循环
DIR
23
DI (pd) DIR 输入（内部下拉电阻）
ENN
24
DI
禁止输入。当此引脚被驱动为高电平时，功率级会关闭（所有电机输出浮空）。
STEP
25
DI (pd) STEP 输入（内部下拉电阻）
N.C.
26
未使用的引脚，保持悬空或连接到 GND 以确保与未来版本的兼容性。
CLK
27
DI
CLK 输入。使用短导线连接到 GND 以使用内部时钟或供应外部时钟。
暴露
芯片焊盘
-
将暴露的芯片焊盘连接到 GND 平面。尽可能多地提供通孔以实现热量传递到 GND 平面。作为功率驱动器和模拟电路的 GND 引脚。
TMC220X, TMC222X 数据表（版本 1.02 / 2017 年 5 月 16 日）
12
www.trinamic.com
2.7
封装轮廓 TMC2225
MS2
索引
GND
CPO
VS
-
方向
OB2
BRB
OA1
OB1
测试
GND
5VOUT
VCC_IO
PDN_UART
诊断
CPI
VCP
VS
BRA
OA2
ENN
步进
时钟
MS1
扩散
VREF
1
2
3
4
5
6
7
21
20
19
18
17
16
15
TMC2225
HTSSOP28
焊盘=GND
© B. Dwersteg,
TRINAMIC
8
9
10
11
12
13
14
28
27
26
25
24
23
22
图 2.4 TMC2225 引脚顶视图 – 类型：HTSSOP28，引脚间距 9.7x6.4mm²，0.65mm 间距
2.8
TMC2225 信号描述
引脚编号 类型 功能
CPO 1
充电泵电容输出。
CPI 2
充电泵电容输入。使用 22nF 50V 电容连接到 CPO。
VCP
3
充电泵电压。使用 100nF 电容连接到 VS。
VS
4, 11
电机供电电压。在距离 GND 焊盘最近的引脚附近提供滤波能力。
OA2
5
电机线圈 A 输出 2
BRA
6
线圈 A 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
OA1 7
电机线圈 A 输出 1
OB1
8
电机线圈 B 输出 1
BRB
9
线圈 B 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
OB2
10
电机线圈 B 输出 2
VREF 12
AI
电流缩放用模拟参考电压或内部检测电阻参考电流（可选模式）
TEST 13
连接到 GND。也可以悬空或连接到 VREF。
GND
14, 28
GND. 连接到靠近引脚的 GND 平面。
5VOUT 15
内部 5V 稳压器的输出。在引脚附近接地端连接 2.2μF 至 4.7μF 的陶瓷电容以获得最佳性能。将 GND 焊盘的回路尽可能缩短。
VCC_IO 16
3.3V 至 5V 的所有数字引脚的 IO 电源电压。
PDN_UART 17
DIO
(pd)
关断非控制输入（低电平=自动降低待机电流）。(内部下拉电阻)可选 UART 输入/输出。在 UART 模式下可以禁用关断功能。
DIAG 18
DO 诊断输出。驱动器出错时高电平。由 ENN=高电平复位。
SPREAD 19
DI（pd）斩波模式选择：低=隐蔽斩波，高=分散循环
DIR
20
DI (pd) DIR 输入（内部下拉电阻）
ENN
21
DI
禁止输入。当此引脚被驱动为高电平时，功率级会关闭（所有电机输出浮空）。
TMC220X, TMC222X 数据表（版本 1.02 / 2017 年 5 月 16 日）
13
www.trinamic.com
引脚编号 类型 功能
STEP
22
DI (pd) STEP 输入（内部下拉电阻）
N.C.
23
未使用的引脚，保持悬空或连接到 GND 以确保与未来版本的兼容性。
CLK
24
DI
CLK 输入。使用短导线连接到 GND 以使用内部时钟或供应外部时钟。
MS1
25
DI (pd) 微步分辨率配置（内部下拉电阻）
MS2, MS1: 00: 1/4, 01: 1/8, 10: 1/16, 11: 1/32
MS2 26
DI (pd)
INDEX 27
DO 可配置的索引输出。提供索引脉冲。
暴露
芯片焊盘
-
将暴露的芯片焊盘连接到 GND 平面。尽可能多地提供通孔以实现热量传递到 GND 平面。作为功率驱动器和模拟电路的 GND 引脚。
2.9
封装外形 TMC2220
25
26
37
24
CPO
OA1
-
-
OA2OA2
OB2OB2-
BRA
测试
OB1
扩散
5V 电源
-
方向
步进
VCC_IO
1
OB1
GND
VCC_IO
-
VS
VS
-
GND
VREF
CPI
VS
OA1
-
PDN_UART
ENN
-
5VOUT
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
-
38
GND
13
BRA
-
VS
焊盘 = 接地
12
诊断
索引
CLKMS1
MS2
VCP
BRB
BRB
TMC2220-TA
TQFP-48
9mm x 9mm
图 2.5 TMC2220 引脚顶视图 – 类型：TQFP-EP 48, 9x9mm² 跨引脚，0.5mm 间距
2.10
TMC2220 信号描述
引脚编号 类型 功能
OB1
1, 2
电机线圈 B 输出 1
VS
4, 5, 32,
33
电机供电电压。在距离 GND 焊盘最近的引脚附近提供滤波能力。
TEST
8
连接到 GND。也可以悬空。
GND
9, 14,
27
GND. 连接到靠近引脚的 GND 平面。
VCC_IO 10, 24
3.3V 至 5V 的所有数字引脚的 IO 电源电压。
TMC220X, TMC222X 数据表（版本 1.02 / 2017 年 5 月 16 日）
14
www.trinamic.com
引脚
编号 类型 功能
PDN_UART 11
DIO
(pd)
关断非控制输入（低电平=自动降低待机电流）。(内部下拉电阻)可选 UART 输入/输出。在 UART 模式下可以禁用关断功能。
5VOUT 15
内部 5V 稳压器的输出。在引脚附近接地端连接 2.2μF 至 4.7μF 的陶瓷电容以获得最佳性能。将 GND 焊盘的回路尽可能缩短。
5VIN 16
5V 电源输入。直接连接到 5VOUT 端子。
DIAG 12
DO 诊断输出。驱动器出错时高电平。由 ENN=高电平复位。
SPREAD 17
DI（pd）斩波模式选择：低=隐蔽斩波，高=分散循环
DIR
18
DI (pd) DIR 输入（内部下拉电阻）
ENN
19
DI
禁止输入。当此引脚被驱动为高电平时，功率级会关闭（所有电机输出浮空）。
STEP 20
DI (pd) STEP 输入（内部下拉电阻）
INDEX 21
DO 可配置的索引输出。提供索引脉冲。
CLK
22
DI
CLK 输入。使用短导线连接到 GND 以使用内部时钟或供应外部时钟。
MS1
23
DI (pd) 微步分辨率配置（内部下拉电阻）
MS2, MS1: 00: 1/4, 01: 1/8, 10: 1/16, 11: 1/32
MS2
25
DI (pd)
VREF 26
AI
电流缩放用模拟参考电压或内部检测电阻参考电流（可选模式）
CPO 28
充电泵电容输出。
CPI 30
充电泵电容输入。使用 22nF 50V 电容连接到 CPO。
VCP 31
充电泵电压。使用 100nF 电容连接到 VS。
OA1
35, 36
电机线圈 A 输出 1
BRA
37, 38
线圈 A 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
OA2 40, 41
电机线圈 A 输出 2
OB2
44, 45
电机线圈 B 输出 2
BRB
47, 48
线圈 B 的检测电阻连接。将检测电阻放置在靠近引脚的 GND 附近。使用内部检测电阻时，将其连接到 GND。
N.C.
未使用的引脚，保持悬空或连接到 GND 以确保与未来版本的兼容性。
暴露
芯片焊盘
-
将暴露的芯片焊盘连接到 GND 平面。尽可能多地提供通孔以实现热量传递到 GND 平面。作为功率驱动器和模拟电路的 GND 引脚。
TMC220X, TMC222X 数据表（版本 1.02 / 2017 年 5 月 16 日）
15
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3 示例电路
示例电路展示了在不同操作和电源模式下外部组件的连接。为了清晰起见，省略了总线接口和进一步数字信号的连接。
3.1
标准应用电路
22n
50V
100n
16V
ENN
GND
DIE PAD
microPlyer
全桥 A
全桥 B
+V
VS
步进电机
电机
N
S
OA1
OA2
OB1
OB2
驱动器
100n
BRB
100μF
CPI
CPO
BRA R
使用低电感贴片式元件，例如 1206，0.5W 用于 Rand R
R
100n
VCP
VREF
可选驱动使能
stealthChop2
spreadCycle
集成
Rsense
IREF
256 微步
序列器
静止
当前
减少
2.2μ
6.3V
5VOUT
模拟电流缩放或悬空
Low ESR type
靠近 IC，短路径至芯片焊盘
直接连接
到 GND 平面
直接连接
到 GND 平面
VCC_IO
TMC22xx
步进电机方向输入
5V 电压
稳压器
电荷泵
CLK_IN
可选外部时钟
10-16MHz
3.3V 或 5V
I/O 电压
100n
模拟缩放
VREF
可编程
诊断
输出
配置
接口
MS1
MS2
扩散
索引
诊断
配置
(GND 或 VCC_IO)
索引脉冲
驱动器错误
PDN/UART
B. Dwersteg, ©
TRINAMIC 2016
Trimmed
时钟振荡器/
选择器
UART 接口
+ 寄存器块
配置
内存（OTP）
(not with TMC2202)
(only TMC222x)
可选的 UART 接口
IREF
步进脉冲
发生器
步进
方向
步进和方向
运动控制
图 3.1 标准应用电路
标准应用电路使用一组最小的附加组件。两个检测电阻设定电机线圈电流。参见第 8 章选择合适的检测电阻。使用低 ESR 电容进行电源滤波。电容器需要应对斩波操作引起的电流纹波。建议在驱动器附近使用至少 100μF 的最小容量以获得最佳性能。电源电容器中的电流纹波还取决于电源内部电阻和电缆长度。VCC_IO 可以从 5VOUT 供电，或从外部电源供电，例如 3.3V 稳压器。
基本布局提示
将检测电阻和所有滤波电容器尽可能靠近相关 IC 引脚放置。对所有 GND 连接使用一个坚固的公共 GND，包括检测电阻的 GND。将 5VOUT 滤波电容器直接连接到 5VOUT 和芯片焊盘。有关更多详细信息，请参阅布局提示。建议使用低 ESR 电解电容器进行 VS 滤波。
3.2 内部 RDSon 检测
对于成本关键或空间受限的应用，可以省略检测电阻。对于内部电流检测，一个由微小外部电阻设定的参考电流来编程输出电流。参考电阻的计算，请参考第 9.1 章。
注意
在启用驱动器之前，务必将 IC 切换到 RDSon 模式：设置 otp_internalRsense = 1。