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FMS7401L
Digital Power Controller
General Description
The FMS7401L is a Digital Power Controller designed for
applications requiring ease of digital based control over ana-
log based implementations. The FMS7401L is an ideal solu-
tion to implement ballast control, motor control and battery
management functions. It integrates a wide variety of analog
blocks with an 8-bit microcontroller core to offer a comple-
mentary feature set with high performance, low power and
small size in a single chip.
The FMS7401L is intended for applications using a supply
voltage in the 2.7V to 3.6V range. It is fabricated using
CMOS technology and is fully static offering a significant
power savings. The FMS7401L is available in both 8-pin and
14-pin PDIP, SOIC and TSSOP packages.
•
•
•
•
Auto-zero Amplifier (gain 16)
Uncommitted Amplifier
Internal Current Source Generator (1mA)
On-chip Oscillator
– No external components
– 1µs instruction cycle time
On-chip Power-on Reset
Programmable read and write disable functions
Memory Mapped I/O
Programmable Comparator (63 Levels)
Brown-out Reset
Software selectable I/O option
Push-pull outputs with tri-state option
Weak pull-up or high impedance inputs
Fully static CMOS
– Power Saving Halt Mode
– < 1.3µA @ 3.3V
– Power Saving Idle Mode
– < 180µA @ 3.3V
Single supply operation
– 2.7V – 3.6V
40 years data retention
100,000 data changes
8-/14-pin PDIP, SOIC, and TSSOP packages
In-circuit programming
– Fast Page-write Programming Mode
•
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•
•
•
Features
8-bit Microcontroller Core
1K bytes on-board code EEPROM
64 bytes data EEPROM
64 bytes SRAM
Watchdog Reset
Multi-input Wakeup on all general purpose I/O pins
Fast 12-bit PWM timer with dead time control and half-
bridge output drive
– Input Capture Mode
• 5-Ch 8-bit Analog-to-Digital Converter
– 20 µS conversion time
– Sample and Hold
– Internal Voltage Reference (1.21V)
– Gated Auto-sampling Mode
•
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
Device
FMS7401L
FMS7401L
Supply Voltage
2.7V – 3.6V
2.7V – 3.6V
Program
Memory (bytes)
1K
1K
Data Memory (bytes)
SRAM
64
64
Data EEPROM
64
64
I/O
6
8
Pin Count
8
14
REV. 1.0.3 1/24/05
FMS7401L
Block Diagram
Vcc
GND
RESET
G7/AIN4/
A
OUT
G6/-A
IN
Vcc
Uncommitted
Amplifier
_
A
OUT
V
REF
+
ACH5
Analog
Mux
Power-on Reset
and Brown-out Reset
Y
G3/AIN1
G2/AIN2
G1/AIN3/
ADSTROBE
ACH2
Internal
Oscillator
ACH3
S/H
8-bit
ADC
ACH4
Timer 0
and Watchdog
64bytes
Data EEPROM
Memory
64 bytes
SRAM
G0/T1HS1
ACH1
SR_GND
G4/AIN0
_
+
Autozero
Amplifier
x16
8-bit
Microcontroller
Core
PWM
TIMER 1
and
Dead Time
Control
G5/T1HS2
Unit Gain
Programmable
Comparator
+
_
NC/GND
A
OUT
1024 bytes
Code EEPROM
Memory
I/O
PORTS
Progr.
Reference
Digital
Filter
Figure 1. FMS7401L Block and Connection Diagram
Pin Configurations
G4/AIN0
GND
G2/AIN2
G1/AIN3
1
2
3
4
8
7
6
5
VCC
G5/T1HS2
G0/T1HS1
G3/AIN1
G5/T1HS2
VCC
G4/AIN0
GND
1
2
3
4
8
7
6
5
G0/T1HS1
G3/AIN1
G1/AIN3
G2/AIN2
FMS7401L 8-Pin PDIP/SOIC
FMS7401L 8-Pin TSSOP
G4/AIN0
SR_GND
GND
G6/-A
IN
G7/A
OUT
G2/AIN2
G1/AIN3
1
2
3
4
5
6
7
14
13
12
11
10
9
8
VCC
NC/VCC
G5/T1HS2
RESET
G0/T1HS1
G3/AIN1
NC/GND
FMS7401L 14-Pin PDIP/SOIC/TSSOP
2
REV. 1.0.3 1/24/05
PRODUCT SPECIFICATION
FMS7401L
FMS7401L Pin Definitions
Pin Number
8-Pin
PDIP
SOIC
1
14-Pin
PDIP
SOIC
TSSOP
1
TSSOP
3
Pin Name
G4/AIN0
Pin Function Description
General purpose I/O port (bit 4 of the I/O configuration registers).
AIN0 analog input of the ADC (autozero amplifier’s positive terminal).
Programmable Comparator non-inverting input, if COMPSEL=0.
2
3
4
5
3
6
GND
G2/AIN2
Digital ground pin.
General purpose I/O port (bit 2 of the I/O configuration registers).
AIN2 analog input of the ADC.
Programmable Comparator non-inverting input, if COMPSEL=1.
4
6
7
G1/AIN3/
ADSTROBE
General purpose I/O port (bit 1 of the I/O configuration registers).
AIN3 analog input of the ADC.
External digital clock input.
PWM Timer 1’s ADSTROBE output.
5
7
9
G3/AIN1
General purpose I/O port (bit 3 of the I/O configuration registers).
AIN1 analog input of the ADC.
Internal current source generator pin.
6
8
10
G0/
T1HS1
G5/
T1HS2
VCC
SR_GND
G6/-A
IN
General purpose I/O port (bit 0 of the I/O configuration registers).
PWM Timer 1’s T1HS1 output.
General purpose I/O port (bit 5 of the I/O configuration registers).
PWM Timer 1’s T1HS2 output.
Supply voltage input.
AIN0 analog input of the ADC (autozero amplifier’s negative terminal). SR_GND is
internally connected to GND in the 8-pin FMS7401L.
General purpose I/O port (bit 6 of the I/O configuration registers).
Uncommitted amplifier negative analog input.
7
1
12
8
–
–
2
–
–
14
2
4
–
–
5
G7/AIN4/
A
OUT
General purpose I/O port (bit 7 of the I/O configuration registers).
AIN4 analog input of the ADC.
Uncommitted amplifier analog output.
–
–
–
–
–
–
8
11
13
NC/GND
RESET
NC/VCC
In the FMS7401L, pin 8 is internally connected to GND. Externally, pin 8 should be left
unconnected or connected to GND.
Active low external reset input.
In the FMS7401L, VCC is internally connected to pin 13. Externally, pin 13 should either
be left unconnected or connected to pin 13.
REV. 1.0.3 1/24/05
3
FMS7401L
PRODUCT SPECIFICATION
Table of Contents
FMS7401L
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
General Description
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Features
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Block Diagram
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
Pin Configurations
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
FMS7401L Pin Definitions
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1 Reset Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1 Power-on Reset Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 External Reset
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3 Brown-out Reset Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Clock Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1 PLL
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Power Saving Modes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Halt Mode
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1.1 PLL Steps for Halt Mode
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Idle Mode
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.1 PLL Steps for Idle Mode
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4 ADC Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1 ADC Circuit Configuration
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1.1 ADCNTRL1 Register
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.1.2 ADCNTRL2 Register
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 ADC Conversion Modes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2.1 Analog Input Voltage and its 8-bit Digital Result
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2.2 ADC Gated Auto-sampling Mode
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2.3 ADC Conversion Clock Configuration
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.3 Autozero Amplifier
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.4 Uncommitted Amplifier
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.5 Current Source Generator
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
5 Programmable Comparator Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.1 Programmable Comparator’s Voltage Threshold Levels (VLOOP=0)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.2 Hardware Voltage and Current Loop Control (VLOOP=1)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.3 Digital Delay Filter with PWMOFF Output
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
6 PWM Timer 1 Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1 PWM Timer 1 Configuration Registers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1.1 PSCALE Register and Timer 1 Clock Configuration
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.1.2 PWM Cycle Configuration Registers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6.1.3 Timer 1 Control Register
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.2 Pulse Width Modulation (PWM) Mode
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.3 Input Capture Mode
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7 Timer 0 Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7.1 Idle Timer
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
7.2 Watchdog Timer
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
8 I/O Ports
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
8.1 I/O Registers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
9 Multi-input Wakeup Circuit
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
9.1 MIW Configuration Registers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4
REV. 1.0.3 1/24/05
PRODUCT SPECIFICATION
FMS7401L
10 8-Bit Microcontroller Core
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
10.1 Core Registers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
10.1.1 Accumulator (A)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
10.1.2 X-Pointer (X)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
10.1.3 Program Counter (PC)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
10.1.4 Stack Pointer (SP)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
10.1.5 Status Register (SR)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
10.1.6 Interrupt Handling
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
10.2 Addressing Modes
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
11 Device Memory
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
11.1 Initialization Registers
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
11.2 Memory Map
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
12 In-circuit Programming Specification
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
12.1 Programming Mode Interface
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
12.2 Programming Protocol
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
12.2.1 Byte Write Sequence
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
12.2.2 Page Write Sequence
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
12.2.3 Byte Read Sequence
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
12.2.4 Program Memory Erase
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
13 Electrical Characteristics
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13.1 FMS7401L (2.7V to 3.6V)
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Ordering Information
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Physical Dimensions
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