SGM38046：可穿戴AMOLED产品的单电感电源解决方案
SGM38046：可穿戴AMOLED产品的单电感电源解决方案
一、引言
在可穿戴设备和AMOLED显示技术飞速发展的今天，对于AMOLED面板的电源供应提出了更高的要求。SGMICRO公司推出的SGM38046作为一款专为小尺寸AMOLED面板偏置设计的电源设备，以其独特的性能和特点，为可穿戴AMOLED产品提供了优秀的电源解决方案。本文将详细介绍SGM38046的各项特性、应用以及设计要点。
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二、产品概述
2.1 基本功能
SGM38046能够从2.7V至5.5V的单节锂离子/聚合物电池或直流电源获取电能，为AMOLED面板提供OVDD、OVSS和AVDD三种电压源。它通过集成的升降压转换器和反相电荷泵逆变器生成两个中间电压轨（正和负），再经过LDO调节，得到干净、低纹波的正电压（AVDD和OVDD）和负电压（OVSS）输出。该设备针对对称输出进行了优化，可使电荷泵逆变器达到最高效率。
2.2 应用领域
2.3 封装形式
采用绿色WLCSP-2×2-16B封装，这种封装形式尺寸小，适合可穿戴设备对空间的严格要求。
三、产品特性
3.1 输入输出特性
- 输入电压范围：2.7V至5.5V，能适应多种电源供电。
- 输出电压：AVDD输出电压为3.3V；OVDD输出电压范围为2.8V至4.6V（默认3.3V ± 1%，步长0.1V）；OVSS输出电压范围为 -4.0V至 -0.6V（默认 -3.3V ± 1%，步长0.1V）。
- 输出电流能力：在(V{OVDD } = 3.3 V)，(V{ovss } = -3.3 V)时，OVDD和OVSS组合输出电流能力高达90mA。
3.2 性能特性
- 电压调节：具有出色的线性和负载调节能力，能保证输出电压的稳定性。
- 低纹波和瞬态响应：输出纹波低，且在负载变化时能快速响应，保持稳定的输出电压。
- 软启动功能：可避免启动时的电流冲击，保护设备和电池。
- 输出负载与输入完全断开：在需要时可实现输出负载与输入电源的彻底分离，提高系统的安全性和稳定性。
3.3 保护特性
- 欠压锁定保护（UVLO）：当输入电压低于设定阈值时，自动关闭设备，防止异常工作。
- 过流保护（OCP）：实时监测电感电流，当检测到过流时立即关断开关，限制电流，保护设备免受损坏。
- 短路保护（SCP）：当输出电压降至编程值的80%以下时，检测到短路，强制关闭所有开关，设备进入锁定的关机状态，需特定条件才能复位。
- 过压保护（OVP）：当输入电压超过5.7V时，停止所有电源转换器，输入电压降至5.6V以下时恢复工作。
- 过温保护（OTP）：当芯片温度超过 +140℃时，停止所有电源转换器，温度下降10℃左右后恢复工作。
3.4 其他特性
- 节能模式：在轻载时进入节能模式，提高效率，降低功耗。
- 低关机电流：关机电流小于1μA，减少待机功耗。
四、引脚配置与功能
| PIN | NAME | FUNCTION |
|---|---|---|
| A1 | PVIN | 内部升降压调节器的电源输入引脚。 |
| A2 | AVIN | 模拟电源引脚，需在该引脚和地之间放置旁路电容。 |
| A3 | AGND | 模拟接地引脚。 |
| A4 | C1P | 电荷泵飞跨电容的正连接端。 |
| B1 | SW1 | 升降压调节器开关节点1。 |
| B2 | PGND | 升降压调节器电源接地引脚。 |
| B3 | CPGND | 负电荷泵接地引脚。 |
| B4 | C1N | 电荷泵飞跨电容的负连接端。 |
| C1 | SW2 | 升降压调节器开关节点2。 |
| C2 | AVDDEN | AVDD的高电平有效使能输入引脚。 |
| C3 | SWIRE | SWIRE控制接口输入引脚，可用于编程输出电压。 |
| C4 | VON | 电荷泵输出轨（负电压）。 |
| D1 | VOUT | 升降压调节器输出轨（正电压）。 |
| D2 | AVDD | AVDD LDO输出引脚。 |
| D3 | OVDD | OVDD LDO输出引脚。 |
| D4 | OVSS | OVSS LDO输出引脚。 |
五、典型应用电路与元件选择
5.1 典型应用电路
典型应用电路中，需要合理选择电感和电容等元件。电感L1推荐使用2.2μH的电感，电容的选择根据不同的位置和功能有所不同，如C1、C6、C7推荐使用4.7μF/16V/X5R的电容，C4、C5推荐使用10μF/16V/X5R的电容等。
5.2 紧凑空间和轻载应用
在紧凑空间和轻载（< 50mA）的应用场景中，电感L1可选用1μH的电感，同时部分电容的参数和封装也可相应调整，以满足空间和负载的要求。
六、电气特性与性能曲线
6.1 电气特性
详细的电气特性参数包括输入电源的电压范围、静态电流、关机电流、欠压锁定阈值、热关断温度和迟滞等，以及SWIRE、AVDDEN、升降压调节器、负电荷泵、AVDD、OVDD和OVSS等各部分的相关参数，如逻辑电平电压、输出电压范围、精度、电流能力、调节率、纹波、电流限制等。这些参数为电路设计和性能评估提供了重要依据。
6.2 性能曲线
通过一系列的性能曲线，如启动和关机序列、轻载和重载时的输出纹波、负载和线路瞬态响应、效率与输出电流的关系、输出电压与输出电流和输入电压的关系等，可以直观地了解SGM38046在不同工作条件下的性能表现。例如，从效率与输出电流的曲线可以看出，在不同的输入电压和负载电流下，设备的效率变化情况，从而为优化电路设计和提高系统效率提供参考。
七、时序图与功能框图
7.1 时序图
提供了多种启动和关机序列的时序图，包括AVDDEN和SWIRE不同的上升和下降沿顺序对应的时序，以及AVDD和SWIRE单独控制的启动和关机时序。这些时序图明确了设备在不同控制信号下的工作顺序和时间要求，对于系统的整体设计和控制至关重要。
7.2 功能框图
功能框图展示了SGM38046的内部结构，主要包括升降压转换器、电荷泵逆变器、三个LDO、序列控制和保护功能模块。通过功能框图可以清晰地了解设备的工作原理和各部分之间的关系，为电路设计和故障排查提供了有力的支持。
八、应用信息与设计要点
8.1 工作原理与输出电压调整
设备启动后，升降压转换器从2.7V至5.5V的电源输入（PVIN）生成稳定的正电压轨（VOUT），电荷泵转换器将VOUT反相生成稳定的负电压轨（VON），三个LDO对转换器的输出进行调节，得到AMOLED所需的干净电压源。VOUT的大小根据AVDD、OVDD和OVSS的稳压要求自动调整，计算公式为(V{OUT } = MAXleft(V{AVDD }, V{OVDD },left|V{OVss }right|right) + 0.3 V)。
8.2 SWIRE接口与电压编程
SWIRE接口可用于通过MCU或数字控制器对输出电压进行编程。通过SWIRE时序序列中的脉冲计数，可以设置OVDD和OVSS的输出电压，VOUT和VVON会相应调整以实现最佳效率和稳压。同时，SWIRE的不同脉冲数量还可以实现其他功能，如开启或关闭OVDD、OVSS，软复位等。
8.3 布局与元件选择
为了实现设备的最佳性能，布局时应将元件尽可能靠近设备，并使用宽而短的走线进行连接，特别是输出端的大电流回路。输入和输出旁路电容应连接到PCB接地平面，飞跨电容要靠近C1P/C1N引脚放置，电感要靠近SW1和SW2引脚放置，且避免在SW1和SW2附近走线噪声敏感信号。
8.4 散热约束
由于可穿戴设备空间有限，且AMOLED面板与用户身体接触，散热受限。SGM38046的热关断阈值为 +140℃，远高于安全温度，因此在设计时需要进行仔细的散热分析和测试，并根据实际情况对设备的输出功率容量进行降额处理。
九、总结
SGM38046作为一款专为可穿戴AMOLED产品设计的单电感电源解决方案，具有输入电压范围宽、输出电压可调、输出电流能力强、性能稳定、保护功能完善等优点。通过合理的电路设计、元件选择和布局，以及对散热等问题的充分考虑，可以充分发挥其性能优势，为可穿戴AMOLED产品提供可靠的电源支持。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的设计需求和应用场景，灵活运用这些特性，优化设计方案，以满足产品的性能和可靠性要求。那么，在你的设计项目中，是否会考虑选择SGM38046作为电源解决方案呢？
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