SGM2037H：500mA低噪声CMOS电压调节器的深度剖析

在电子设备的设计中，电压调节器是至关重要的组件，它能确保设备稳定运行。SGMICRO推出的SGM2037H低噪声、极低压降偏置轨CMOS电压调节器，为众多应用场景提供了出色的解决方案。

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一、产品概述

SGM2037H采用CMOS技术设计，具备500mA的输出电流能力。其工作输入电压范围为0.8V至5.5V，偏置电源电压范围为2.7V至5.5V，输出电压范围为0.8V至3.6V。该调节器还拥有逻辑控制关断模式、短路电流限制和热关断保护等功能，并且具备自动放电功能，可在禁用状态下快速释放输出电压。适用于需要低噪声、快速瞬态响应和低功耗的应用，如电池供电设备和智能手机等。

二、产品特性亮点

2.1 电气性能优越

• 宽输入电压范围：输入电压范围为0.8V至5.5V，偏置电压范围为2.7V至5.5V，适配多种电源环境。
• 高输出电流：可提供500mA的输出电流，满足大多数设备的供电需求。
• 精准输出电压：输出电压范围可在0.8V至3.6V之间调节，在+25℃时输出电压精度为±0.8%。
• 低功耗：低偏置输入电流典型值为37μA，关断电源电流典型值仅为0.01μA。
• 低压降：在500mA负载下，典型压降为120mV。
• 低噪声：输出电压噪声典型值为25μVRMS。

2.2 保护功能完善

具备电流限制和热保护功能，能有效防止设备因过载或过热而损坏。在过载时，输出电流会被内部限制在750mA（典型值）；当输出引脚短路到地时，短路保护会将输出电流限制在340mA（典型值）。当芯片温度超过热关断阈值时，会进入关断状态，直至温度降至+140℃。

2.3 响应速度快

具有出色的负载和线路瞬态响应，能快速适应负载变化，确保输出电压的稳定。

2.4 稳定性好

搭配小尺寸陶瓷电容即可稳定工作，并且带有输出自动放电功能。

2.5 控制灵活

通过逻辑电平使能输入进行开关控制，方便设备的电源管理。

2.6 工作温度范围广

可在-40℃至+125℃的温度范围内正常工作，适应不同的环境条件。

2.7 环保封装

采用绿色XTDFN - 1.2×1.2 - 6L封装，符合环保标准。

三、引脚配置与功能

3.1 引脚配置

SGM2037H采用XTDFN - 1.2×1.2 - 6L封装，其引脚包括OUT（调节输出电压引脚）、FB（反馈引脚）、EN（使能引脚）、BIAS（偏置电压供电引脚）、GND（接地引脚）和IN（输入电压供电引脚），还有一个暴露焊盘用于连接大地平面以提高散热性能。

3.2 引脚功能

• OUT：建议使用有效电容在1μF至10μF范围内的输出电容。
• FB：连接外部电阻分压器以调节输出电压，电阻应尽量靠近该引脚放置。
• EN：高电平开启调节器，低电平关闭调节器，内部有下拉电阻确保引脚浮空时设备关闭。
• BIAS：为内部控制电路提供偏置电压，由内部欠压锁定电路监控。
• GND：接地。
• IN：输入电压供电引脚。
• 暴露焊盘：内部连接到GND，连接到大地平面可最大化散热性能，但不是电气连接点。

四、应用信息

4.1 电容选择

• 输入电容（CIN和CBIAS）：输入去耦电容应尽量靠近IN和BIAS引脚放置，以确保设备稳定。建议选择CIN = 1μF和CBIAS = 0.1μF或更大的X7R或X5R陶瓷电容，以获得良好的动态性能。当VIN需要瞬间提供大电流时，需要较大的有效输入电容，多个输入电容可限制输入跟踪电感，增加输入电容可限制振铃并使其保持在设备绝对最大额定值以下。对于较大电容的Cout，建议选择较大电容的CIN。
• 输出电容（COUT）：输出电容应尽量靠近OUT引脚放置，选择2.2μF或更大的X7R或X5R陶瓷电容可获得良好的动态性能。SGM2037H能保持稳定的Cout最小有效电容为1μF。由于陶瓷电容的温度、直流偏置和封装尺寸会改变有效电容，设计时必须考虑足够的Cout余量。此外，较大电容和较低ESR的Cout有助于提高高频PSRR和改善负载瞬态响应。

4.2 使能操作

通过EN引脚控制设备的开启和关闭，以及激活或停用输出自动放电功能。当EN引脚电压低于0.25V时，设备处于关断状态，无电流从IN流向OUT引脚，自动放电晶体管通过120Ω（典型值）电阻放电输出电压；当EN引脚电压高于1.2V时，设备处于激活状态，输出电压调节到预期值，自动放电晶体管关闭。

4.3 可调调节器

SGM2037H的输出电压可在0.8V至3.6V之间调节，通过将FB引脚连接到两个外部电阻实现。输出电压由公式(V{OUT }=V{FB} timesleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right))确定，其中(V{FB}=0.8V)，选择(R{2}=40kΩ)可维持20μA的最小负载。

4.4 压降电压

SGM2037H有两个压降电压，分别对应VIN和VBIAS两个电源。VIN压降电压定义为当Vout比OUT(NOM)低5%时，VIN与Vout的差值；当输出电压低于1.5V时，VBIAS压降电压不适用，因为最小偏置工作电压为2.7V。当Vout开始下降且VBIAS足够高时，VIN压降电压等于VIN - Vout；当IN和BIAS引脚连接在一起且Vout开始下降时，VBIAS压降电压指VBIAS - Vout。

4.5 输出电流限制和短路保护

过载时，输出电流内部限制在750mA（典型值）；输出引脚短路到地时，短路保护将输出电流限制在340mA（典型值）。

4.6 热关断

当芯片温度超过热关断阈值时，SGM2037H进入关断状态，直到温度降至+140℃。

4.7 功率耗散

功率耗散(P{D}=(V{IN }-V{OUT }) ×I{OUT })，最大允许功率耗散(P{D(MAX)})受结温和环境温度差、封装热阻、环境气流速率和PCB布局等因素影响，可近似由公式(P{D(MAX)}=left(T{J(MAX)}-T{A}right) / theta_{JA})计算。为保护设备，功率耗散必须小于1.5W。

4.8 负偏置输出

当输出电压为负时，由于寄生效应芯片可能无法启动，需确保输出在所有条件下大于 - 0.3V。若应用中预期有过大的负偏置输出，可在OUT引脚和GND引脚之间添加肖特基二极管。

4.9 反向电流保护

NMOS功率晶体管的体二极管在(V{OUT }>V{IN })时会正向偏置，反向电流会损坏SGM2037H。若应用中预期(V{OUT }>(V{IN }+0.3V))，可在OUT引脚和IN引脚之间添加外部肖特基二极管进行保护。

五、典型应用电路

SGM2037H可作为DC/DC后置调节器使用，为其他电路提供稳定的电压输出。

六、总结

SGM2037H凭借其低噪声、高输出电流、宽输入电压范围、完善的保护功能和灵活的控制方式等优点，在电池供电设备、智能手机、工业和医疗设备等领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计过程中，可根据具体需求合理选择电容、配置引脚，充分发挥SGM2037H的性能优势，为设备的稳定运行提供保障。大家在实际应用中是否遇到过类似电压调节器的问题呢？欢迎交流分享。