深入剖析 TPS65138/TPS65138A：双输出AMOLED显示电源的卓越之选

在电子设备日新月异的今天，AMOLED显示屏凭借其高对比度、广视角和快速响应时间等优势，在智能手机、平板电脑等设备中得到了广泛应用。而支持AMOLED显示屏正常工作的电源管理芯片至关重要。德州仪器（TI）推出的TPS65138和TPS65138A双输出电源芯片，专门用于驱动AMOLED显示屏，为工程师们带来了出色的解决方案。

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产品特性亮点

输入范围与精度

TPS65138和TPS65138A的输入电压范围为2.9V至4.5V，能够适配多种电池供电系统。其正输出电压（V_POS）固定为4.62V，输出电压精度可达0.8%，能为AMOLED显示屏提供稳定的正电源。

负输出可编程

负输出电压（V_NEG）具有数字可编程特性，不同型号可编程范围有所不同。TPS65138的V_NEG范围为 -2.2V至 -6.2V，TPS65138A为 -2.2V至 -5.2V，默认值均为 -4.9V。这一特性使得工程师能够根据具体的AMOLED显示屏需求灵活调整负电源电压。

出色的性能表现

该芯片具备300mA的输出电流能力，并且具有卓越的线路瞬态调节能力，能够有效避免因输入电压波动而对AMOLED显示屏造成干扰。同时，芯片还集成了短路保护和热关断功能，增强了系统的可靠性和稳定性。

小巧封装

采用3mm × 3mm的QFN封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用场景，如便携式设备。

应用领域

主要应用于有源矩阵OLED（AMOLED）显示屏，为其提供稳定的正、负电源，确保显示屏的正常显示和良好性能。

内部结构与工作原理

功能模块组成

TPS65138由一个升压转换器和一个反相降压 - 升压转换器组成。升压转换器负责产生固定的4.62V正输出电压（V_POS），反相降压 - 升压转换器则用于生成可编程的负输出电压（V_NEG）。

软启动与启动顺序

芯片具有软启动功能，可限制浪涌电流。当通过CTRL引脚使能芯片时，升压转换器首先以降低的开关电流限制启动。在CTRL引脚置高8ms后，反相降压 - 升压转换器以默认的V_NEG值（ -4.9V）启动。

短路保护机制

该芯片对输出端接地短路以及输出端之间短路均具有保护功能。在正常工作时，若V_POS低于3.7V持续超过3ms，或者V_NEG高于 -1V持续超过3ms，芯片将进入关断状态，且该状态会被锁存。在启动过程中，若出现V_POS在CTRL置高8ms后未达到稳定状态、V_NEG在CTRL置高8ms后高于阈值水平或在16ms后未达到稳定状态等情况，芯片同样会进入关断锁存状态。要恢复正常工作，需要将V_IN电压降至欠压锁定阈值（UVLO）以下，或者将CTRL引脚进行高低电平切换操作。

引脚功能与使用

引脚定义

引脚编号	引脚名称	类型	描述
1	PVIN	I	用于产生V_NEG的负降压 - 升压转换器的输入电源
2, SWN	I	负降压 - 升压转换器的开关引脚
3	OUTN	O	负降压 - 升压转换器的输出
4	CTRL	O	组合的使能和V_NEG编程引脚
5	VL	O	内部稳压器的输出
6	GND	G	模拟地
7	CT	O	当V_NEG被编程为新值时，设置其电压的建立时间
8	OUTP	O	升压转换器的输出
9	PGND	G	升压转换器的功率地
10	SWP	I	升压转换器的开关引脚
暴露的散热焊盘	G	将该焊盘连接到模拟地

CTRL引脚的双重功能

CTRL引脚具有两个重要功能。一方面，它可以作为使能引脚，当引脚拉高时，芯片开启工作；拉低时，芯片关闭。另一方面，它还可以通过数字接口对V_NEG进行编程。如果不需要数字输出电压设置功能，CTRL引脚也可作为标准的使能引脚使用，此时V_NEG将以默认值 -4.9V输出。

数字接口编程

通过CTRL引脚的数字接口，可以对V_NEG进行数字步进编程。芯片内部集成了一个6位DAC，根据施加到CTRL引脚的上升沿数量来设置V_NEG的电压值。具体的编程关系可参考数据手册中的编程表格（Table 3和Table 4）。

PCB布局设计要点

电容放置

将PVIN引脚的输入电容和OUTN引脚的输出电容尽可能靠近芯片放置，并使用短而宽的走线进行连接，以减少寄生电感和电阻，提高电源的稳定性。同样，OUTP引脚的输出电容也应尽量靠近芯片，并采用合适的走线方式。

CT电容接地

将CT电容的接地端直接与GND引脚（引脚6）相连，确保信号的稳定传输和准确的电压建立时间设置。

接地处理

输入地和输出地应在同一电路板层上连接，避免通过过孔连接，以减小接地阻抗和干扰。

总结与思考

TPS65138和TPS65138A双输出电源芯片为AMOLED显示屏的电源设计提供了全面而可靠的解决方案。其丰富的特性、灵活的编程能力和良好的性能表现，使得工程师能够根据不同的应用需求进行优化设计。在实际应用中，合理的PCB布局设计对于发挥芯片的最佳性能至关重要。各位工程师在使用该芯片时，不妨思考如何根据具体的产品需求，进一步优化电路设计和布局，以实现更好的系统性能。同时，对于芯片的数字编程功能，如何更高效地进行参数设置和调试，也是值得深入探索的问题。