【導讀】銷(xiāo)售終端POS（Point of Sale）是可以通過(guò)與金融機構聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現非現金消費、預授權、查詢(xún)余額、轉賬等功能的電子設備，通常會(huì )安裝在商戶(hù)端。而智能POS（Smart Point of Sale）對比于傳統POS，不僅能實(shí)現傳統POS的刷卡支付，而且還包括掃描二維碼支付和驗證會(huì )員卡券等功能。正因為這些新功能的增加，必然帶來(lái)了新需求。而本文章首先會(huì )介紹智能POS在市場(chǎng)上的行業(yè)發(fā)展趨勢，然后會(huì )介紹整體的系統解決方案，并根據系統框圖的功能模塊逐一介紹TI的明星產(chǎn)品和優(yōu)勢。
根據2019智能POS產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告和尼爾森報告，2016-2019年全國聯(lián)網(wǎng)POS保有量分別為2453、3118、3414和3089萬(wàn)臺，三年的年均復合增長(cháng)率（CAGA）為8%，增長(cháng)較為緩慢，在2018至2019年甚至出現有所下滑。而2016-2019年全國智能POS保有量為100、240、600、1166萬(wàn)臺，三年CAGA達到了驚人的127%，并且智能POS在聯(lián)網(wǎng)POS中占比也從2016年的4%迅速增至2019年的37.6%。由此可見(jiàn)，智能POS在以極為兇猛的速度替換傳統POS，而這也迎合了用戶(hù)對智能POS功能多樣化的需求。
智能POS硬件上通常具有以下七大關(guān)鍵功能模塊：
● 電池管理模塊：充電器實(shí)現電池的快充，特殊功能包括路徑管理和OTG等；TI電量計通過(guò)阻抗跟蹤方法對電池電量進(jìn)行精確監測。
● 電壓轉換模塊：對輸出電壓進(jìn)行降壓或升壓轉換，進(jìn)而給MCU和外設等供電。
● 打印機模塊：實(shí)現小票打印功能，支持缺紙檢測、自動(dòng)上紙和自動(dòng)糾偏等。
● 充電底座模塊：多種端口實(shí)現拓展功能，連接RS-232接口等。
● LED背光驅動(dòng)模塊：通過(guò)PWM調節實(shí)現對智能POS屏幕亮度的調節。
● 音頻模塊：根據環(huán)境噪音不同，對功放的增益進(jìn)行調節進(jìn)而調節語(yǔ)音播放音量。
● 處理器模塊：低功耗，多核性能強大，連接藍牙和Wi-Fi等無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品。
圖1展示了智能POS的簡(jiǎn)易系統框圖。除此之外，TI官網(wǎng)上還有臺式POS等的參考設計。
圖1
下面會(huì )分別從電池管理、打印機和電壓轉換三個(gè)關(guān)鍵功能模塊介紹TI主推的明星產(chǎn)品和優(yōu)勢。
1. 電池管理模塊
a) 充電器Charger:
BQ25611D：針對單節鋰電池（3.5-4.5V電壓）可提供3A快充、IIC接口、集成了USB輸入源檢測等功能。圖2展示了BQ25611D內部的功能模塊，BQ25611D的主要優(yōu)勢如下：
● D+/D-檢測和IIC控制接口：當插入適配器后，會(huì )對輸入源進(jìn)行檢測，并進(jìn)行最大輸入電流限制。通過(guò)IIC接口可在檢測了輸入源后，通過(guò)Host重新給IINDPM寄存器進(jìn)行編程修改充電電流，實(shí)現非標適配器3.2A輸入電流，滿(mǎn)足智能POS客戶(hù)對非標適配器快充需求。
● 支持路徑管理，給放電過(guò)多電池進(jìn)行充電；支持USB On-the-Go，將電池電壓升壓到4.6/4.75/5/5.15V從而給智能POS的其他外設，例如鍵盤(pán)等，進(jìn)行充電。
● 智能POS通常待機時(shí)間長(cháng)，低至9uA的靜態(tài)電流使得電池壽命得以延長(cháng)。
圖2
b）電量計：
BQ27426：針對單節電池進(jìn)行電量監測，只需少量的用戶(hù)配置和系統微控制器固件開(kāi)發(fā)工作，就可以快速啟動(dòng)系統，降低設計開(kāi)發(fā)難度，并且性?xún)r(jià)比極高。并具有以下優(yōu)勢：
● TI專(zhuān)利阻抗跟蹤算法進(jìn)行電量監測，電壓偏移小于5mV，對容量百分比（SOC）進(jìn)行預測的誤差一般在1.5%以?xún)?，對比基于電壓的電量監測的20mV電壓偏移/15%的最大SOC誤差來(lái)說(shuō)精確度得到了極大提升，從而延長(cháng)智能POS運行壽命。
● 給電池最大電壓為4.2/4.35/4.4V提供了三種可選的預編程配置文件，簡(jiǎn)化配置難度。
● 內部集成了1.8V的LDO直接供電，無(wú)需外置LDO。
● 400 kHz 的IIC 標準兩線(xiàn)通信，同時(shí)內部有完整的CPU和電池電量軟件，無(wú)需對電池算法和軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，減小開(kāi)發(fā)難度。
● BIN管腳針對智能POS電池包的更換進(jìn)行檢測。
2. 打印機模塊
a）電機驅動(dòng)：
DRV8833C 是DRV8833 的低成本方案，麻雀雖小，五臟俱全，而且價(jià)格極為低廉，對于智能POS本身對成本控制要求較高來(lái)說(shuō)極為匹配。主要性能如下：
● 帶電流控制的雙路H橋來(lái)驅動(dòng)雙極性步進(jìn)電機；簡(jiǎn)易的PWM接口實(shí)現電機的轉向、轉速和剎車(chē)等功能，使得智能POS的電機可以自動(dòng)上紙和自動(dòng)糾偏等功能。
● 寬電源電壓2.7至10.8V范圍，通常選取和打印機一樣的電壓，例如8V，能實(shí)現快速出紙功能；每個(gè)H橋能驅動(dòng)700mA的RMS電流，滿(mǎn)足普通雙極性步進(jìn)電機需求。
● 在智能POS進(jìn)行出紙等打印功能出現故障時(shí)，DRV8833C具有UVLO、OCP、TSD和nFAULT的保護特性。
● 在不使用步進(jìn)電機進(jìn)行出紙時(shí)，電機驅動(dòng)有1.6uA的低電流睡眠模式，降低損耗。
圖三和圖四展示了DRV8833C在整步下且電流調節限制在600mA時(shí)，步進(jìn)電機其中一相的輸出電流（紫色）和電壓（黃色）波形。電機為42系列步進(jìn)電機，步距角1.8°，額定電壓9V。
圖三
圖四
從圖三中可以觀(guān)察到，在電機的驅動(dòng)階段，電機的輸出電壓（黃色）持續導通，導致輸出電流（紫色）持續拉高。而當輸出電流增加到了600mA的電流限制值時(shí)（見(jiàn)圖四），就進(jìn)入了慢衰減（Slow decay）模式實(shí)現續流。當達到了慢衰減的關(guān)斷時(shí)間節點(diǎn)后，輸出電流會(huì )繼續拉高，按照這個(gè)規律形成了圖四的三角波波形。在慢衰減模式下，輸出電流的紋波較小。
b）升壓芯片：
通常來(lái)說(shuō)，智能POS中打印機也需要進(jìn)行供電，例如8V/3A，加上電機驅動(dòng)所需的8V/0.6A，所以系統中需要一個(gè)8V/4A/32W的輸入源。而在圖1中的系統框圖中，需要得到一個(gè)32W的輸出，我們只能從充電器的系統端提供。所以在充電器的系統端到打印機模塊我們需要一顆升壓芯片。
TPS61088 以實(shí)現輸入4V/10A到輸出8V/4A的升壓芯片，具有以下優(yōu)勢：
● 全集成同步升壓轉換器，效率可達91%，專(zhuān)門(mén)針對便攜式系統提供高效小尺寸解決方案。
● 輕載下可選PFM和強制PWM模式，PFM實(shí)現高效，強制PWM實(shí)現固定頻率。
● 可調開(kāi)關(guān)頻率200kHz至2.2MHz，可設計尺寸較小的電感。
● 13.2V輸出OVP、OCP和TSD保護。
3. 電壓轉換模塊
a）LDO:
TLV740P 是一款輸入電壓范圍1.4至5.5V，固定輸出電壓范圍1至3.3V。同時(shí)具有卓越的負載動(dòng)態(tài)響應性能，50uA低靜態(tài)電流，1kHz下PSRR高達65db，專(zhuān)為對Power-sensitive應用而設計。除此之外，價(jià)格也極為低廉。所以，TLV740P極為適合在智能POS中實(shí)現5V轉3.3V給MCU供電，5V轉1.8V給CMOS傳感器供電。
b）升壓芯片
TPS61023 是一款輸入電壓范圍0.5至5.5V，輸出電壓2.2至5.5V的同步升壓轉換器。工作頻率可達1MHz，設計電感尺寸更小，減小單板面積。最大靜態(tài)電流30uA，關(guān)斷電流典型值為0.1uA，所以極為適合智能POS中給外設供電的應用場(chǎng)景（當不給外設供電時(shí)損耗更?。?。除此之外，還具有5.7V輸出電壓保護、輸出短路保護和熱關(guān)斷保護，保證智能POS在給外設供電出現故障時(shí)及時(shí)關(guān)斷芯片。
4. 其他模塊的明星產(chǎn)品
TPS61169 是一款升壓LED背光驅動(dòng)，內部具有一個(gè)40V、1.8A的MOSFET，可針對小型智能POS面板背光照明驅動(dòng)LED串。并且PWM的頻率可達1.2MHz來(lái)實(shí)現亮度控制, 使得工程師可以設計外部電感到較小尺寸。同時(shí)，具有LED開(kāi)路保護、欠壓保護和熱關(guān)斷保護。
TRS3232E 是一款雙通道最高速率為250kbps的RS-232收發(fā)器。具有正負15kV的HBM、正負8kV的Contact Discharge和正負15kV Air-Gap Discharge的ESD保護，滿(mǎn)足甚至超出TIA/EIA-232-F和ITU V.28標準的需求。供電電壓3至5.5V。
TPA2011D1 是一款高效無(wú)需濾波器的Class-D 功放，可連單聲道的4?/3.24W（5V，10% THDN）的喇叭。集成了300k?的反饋電阻和DAC降噪所需的濾波，進(jìn)而僅需連接3個(gè)外部元器件。同時(shí)，性能上有95%效率、86db PSRR和1.5mA的靜態(tài)電流使得其極為適合于智能POS這種手持的小型設備。
參考文獻：
● TI阻抗跟蹤電量計化學(xué)ID獲取方法
● TI電池電量監測基礎知識
● BQ25611D EVM 用戶(hù)指南：
● 央行支付體系運行數據
● DRV8833C EVM
● LDO基礎知識
● TI開(kāi)關(guān)電源實(shí)驗套件測試方法
● Class-D 功放的功率和電源考慮
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