SGM31360：36 通道 LED 驱动芯片的详细解析

在电子设备的 LED 显示领域，一款优质的驱动芯片能为产品带来出色的显示效果。今天我们就来深入了解 SGM31360 这款 36 通道 LED 驱动芯片，看看它有哪些独特之处。

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一、芯片概述

SGM31360 由 36 个恒流通道组成，每个通道都具备独立的 PWM 控制功能，专门用于驱动 LED。它可以通过 I2C 接口，根据 8/10/12/16 位 PWM 分辨率设置和振荡器频率设置，将 PWM 频率编程到相应的值。每个通道的输出电流可通过一个 4kΩ 外部电阻和内部寄存器设置为 20mA，并且芯片具有电流限制功能，可避免过流情况，该功能通过寄存器位进行配置。此外，通过 I2C 接口改变 PWM 占空比，每个通道的平均 LED 电流最多可在 65535 个步骤内进行改变。

二、应用领域

1. 移动设备：适用于手机等手持设备的 LED 显示，为屏幕显示提供稳定的驱动。
2. 家电领域：在家电中的 LED 应用中发挥作用，提升家电的显示效果。
3. 多通道 LED 驱动：作为 36 通道 LED 驱动，可满足一些对通道数量有要求的 LED 显示场景。

三、芯片特性

3.1 电源与接口

• 宽电源范围：支持 2.7V 至 5.5V 的电源供应，能适应不同的电源环境。
• I2C 接口：具备 I2C 接口和自动地址递增功能，方便与其他设备进行通信。
• 多地址选择：提供四个可选的 I2C 地址和一个广播地址，增加了使用的灵活性。

  3.2 节能与精度

• ECO 模式：具有自动节能的 ECO 模式，可降低功耗。
• 高精度电流下沉：设备间误差和通道间误差均为 ±5%，保证了电流输出的准确性。

  3.3 PWM 频率

• 可调节 PWM 频率：根据不同的 PWM 分辨率设置，提供多种可选的 PWM 频率，如在 8 位 PWM 分辨率下有 125kHz、62.5kHz 等多个频率可选。

  3.4 功能特点

• 36 通道 RGB LED 驱动：支持 256 级全局电流配置、256 级绿/红/蓝光电流设置、256 级 LED 模块电流设置以及最大 65535 级的单个 PWM 调制。
• EMI 和可听噪声降低：通过相移和反相功能、扩频功能以及 PWM 散射方法，有效降低 EMI 和可听噪声。

  3.5 工作温度与封装

• 宽工作温度范围：可在 -40℃ 至 +85℃ 的温度范围内正常工作。
• 环保封装：采用绿色 TQFN - 5×5 - 44L 封装，符合环保要求。

四、电气特性

4.1 电源与电流

• 电源电压：范围为 2.7V 至 5.5V。
• 最大通道灌电流：在特定条件下可达 20mA。
• 静态电流：不同工作模式下的静态电流有所不同，如在 ECO 模式下可低至 3µA。

  4.2 PWM 特性

• PWM 频率：根据不同的设置，PWM 频率有多种可选，且频率精度在 ±5% 以内。

  4.3 其他特性

• 热关断温度：达到 160℃ 时，芯片会自动关断所有输出通道，起到保护作用。
• 输出泄漏电流：在特定条件下，输出泄漏电流较小。

五、引脚配置与功能

SGM31360 采用 TQFN - 5×5 - 44L 封装，各引脚具有不同的功能：

• 输出通道引脚：1 - 16 引脚为 OUT3 - OUT18，18 - 35 引脚为 OUT19 - OUT36，43、44 引脚为 OUT1、OUT2，用于连接 LED。
• 接地引脚：17、39 引脚为 GND，暴露焊盘也需连接到 GND。
• 控制引脚：36 引脚 SDB 用于芯片关机，37 引脚 AD 用于 I2C 地址设置。
• 电源引脚：38 引脚 VCC 为电源供应。
• 电阻连接引脚：40 引脚 R_EXT 用于连接外部电阻，调节全局输出电流。
• I2C 通信引脚：41 引脚 SDA 为 I2C 串行数据，42 引脚 SCL 为 I2C 串行时钟。

六、典型应用电路

典型应用电路中，通过连接外部电阻和电容，为芯片提供稳定的电源和信号。当 (R_{EXT}=4kΩ) 时，最大全局输出电流可设置为 20mA。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择电阻和电容的参数，以确保芯片的正常工作。

七、工作模式与控制

7.1 上电复位

上电时，SGM31360 会进行复位，所有寄存器恢复到默认值，LED 驱动关闭。当 (VCC) 低于 POR 阈值电压（2V）时，芯片会再次复位。在 (VCC) 高于 POR 阈值后，需要等待至少 200µs 才能进行 (I^{2}C) 读写操作，再等待 200µs 才能启用 LED 照明效果。

7.2 寄存器复位

通过向 REG0x5D 复位寄存器写入 0x00，可触发软件复位。复位后，所有寄存器恢复到默认值，芯片进入待机模式。软件复位命令通过 I2C 总线确认后，需要等待至少 200µs 才能启用 LED 照明效果。

7.3 关机模式

当 SDB 引脚拉低时，芯片自动进入关机模式，此时 (I^{2}C) 接口不可访问，所有寄存器无法配置并会被复位。

7.4 待机模式

当 SDB 引脚从低电平拉高、CHIP_EN 位从 1 变为 0 或在活动模式下发生 VCC 欠压锁定或过温保护时，芯片进入待机模式。在此模式下，所有模拟模块断电，但 (I^{2}C) 接口可访问，所有寄存器可配置。

7.5 活动模式

当 SDB 引脚为高电平且 CHIP_EN 位设置为 1 时，芯片进入活动模式。

7.6 ECO 模式

当 ECO_MODE 设置为 1 时，自动 ECO 模式启用。如果 ECO_MODE = 1 且 REG0x01 至 REG0x48 寄存器的值为 00H 超过 32ms，芯片自动进入 ECO 模式。一旦向 REG0x01 至 REG0x48 中的任何寄存器写入非零值，芯片立即退出 ECO 模式并进入活动模式。

7.7 保护功能

• 过温保护：仅在活动模式下启用，当温度超过 +160℃ 时，芯片会关闭所有输出通道。
• VCC 欠压锁定保护：在活动模式下工作，防止 VCC 欠压时的异常操作，会关闭照明效果，UVLO 下降阈值为 2.35V。

八、电流配置与 PWM 调制

8.1 电流配置

每个绿色/红色/蓝色 LED 的平均输出电流可通过公式 (I{OUTn }=K × frac{V{REXT }}{R{EXT}} × frac{I{GLB }}{255} × frac{I{LEDy }}{255} × frac{PWMx }{256 × 256}) 计算。其中，K 为电压比 200，(V{REXT }) 为 (R{EXT}) 引脚的参考电压（0.4V），(R{EXT}) 为 (R{EXT}) 引脚的硬件电阻，(I{GLB}) 为 8 位全局电流寄存器，(I{LEDy}) 为 8 位 LED 模块电流寄存器，PWMx 为 16 位 PWM 寄存器。最大输出电流由 (R{EXT})、(I{GLB})、(I{COLZ})、(I{LEDy}) 和 PWMx 决定，当 (R{EXT}=4kΩ) 时为 20mA，推荐 (R_{EXT}) 的最小值为 2kΩ。

8.2 PWM 调制

PWM 频率由振荡器频率设置的三位和 PWM 分辨率设置的两位决定。为避免 MLCC 可听噪声，建议使用低于 500Hz 或高于 20kHz 的 PWM 频率。如果 PWM 设置为 FFFFH，输出占空比将强制为全占空比（100%）。

九、PWM 控制方法

9.1 输出 PWM 散射方法

PWM 散射功能由 REG0x5B[7] 控制，可将正脉冲宽度分散到负脉冲宽度，保持脉冲宽度调制的总能量，同时增加输出频率。

9.2 输出 PWM 相位延迟方法

PWM 相位控制由 REG0x5A 寄存器的 PHASE_DELAYEN 位决定。输出分为六组，每组有自己的相位，这些相位依次偏移，使 (V{LED}) 线上的总灌电流平均分配到每个相位。

9.3 输出 PWM 反相方法

PWM 反相控制由 REG0x5A[5:0] 位决定，通过六个独立控制，可减少一组中的电流纹波。

9.4 输出 PWM 扩频功能

该芯片具有扩频功能，可优化 EMI 性能。当 SPREAD_EN 位（REG0x5B[4]）设置为 “1” 时，扩频功能启用。通过设置 SPREAD_RANGE[1:0] 位（REG0x5B[3:2]），可选择 4%/8%/16%/32% 四个扩频范围。该功能仅在 PWM 频率大于 7.8kHz 时有效。

十、I2C 串行接口与数据通信

10.1 接口特性

SGM31360 采用标准 I2C 接口进行参数编程和状态报告。I2C 是一种 2 线串行通信接口，可连接一个或多个主设备与多个从设备进行双向通信。芯片支持写和读操作，有四个 I2C 地址选项，取决于 AD 引脚的连接。

10.2 数据通信

• 起始和停止条件：主设备在总线空闲时通过施加 START 条件开始数据传输，结束时施加 STOP 条件。
• 数据位传输和有效性：数据位在时钟高电平期间必须保持稳定，SDA 状态只能在 SCL 低电平时改变。
• 字节格式：数据以 8 位数据包传输，每个数据包后需有一个确认位。
• 确认和非确认：接收方在每个字节传输后回复确认位，告知发送方是否准备好接收下一个字节。
• 数据方向位和寻址从设备：主设备发送的第一个字节为目标从设备地址和数据方向位，数据方向在整个事务中保持不变，如需改变需发送新的 START 条件。

十一、寄存器映射

SGM31360 共有 94 个 8 位寄存器，编号从 REG0x00 到 REG0x5D，每个寄存器具有不同的功能，如控制芯片的使能、ECO 模式、PWM 分辨率、输出电流限制等。

十二、封装与订购信息

芯片采用绿色 TQFN - 5×5 - 44L 封装，工作温度范围为 -40℃ 至 +85℃，订购型号为 SGM31360YTVO44G/TR。同时，文档还提供了封装外形尺寸、推荐焊盘尺寸、编带和卷轴信息以及纸箱尺寸等详细信息。

SGM31360 是一款功能强大、性能出色的 36 通道 LED 驱动芯片，在 LED 显示领域具有广泛的应用前景。电子工程师在设计相关产品时，可以根据其特性和功能，合理选择和使用该芯片，以实现理想的显示效果。你在使用类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。