SGM3807：高性能电源PMIC的深度解析与应用指南

在电子设备的设计中，电源管理芯片（PMIC）起着至关重要的作用，它直接影响着设备的性能、稳定性和效率。SGM3807作为一款集成了同步降压转换器和单电感双输出（SIDO）DC/DC转换器的电源PMIC，具有诸多出色的特性，适用于多种应用场景。本文将对SGM3807进行详细的介绍，包括其基本参数、功能特点、应用设计等方面，希望能为电子工程师们在实际设计中提供有价值的参考。

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一、SGM3807概述

SGM3807是一款高性能、专用紧凑型电源PMIC，专为单dToF模块提供所需的所有电源轨。它采用了专有架构，解决了使用单个电感生成两条电源轨时常见的调节问题，能在各种负载条件下保持所有电源轨的稳定调节，且不影响升压或逆变器操作的性能。

1.1 输入输出特性

• 输入电压范围：SGM3807能够在2.5V至5.5V的输入电压范围内工作，启动后甚至可以低至2.1V。
• 降压转换器（BUCK）：输出电压可编程，范围从0.75V到1.3V，步长为12.5mV，输出电流能力高达1.2A。
• SIDO转换器：生成一个正电源和一个负电源，正输出（LDOP）可编程范围为6.0V至11.3V，步长为100mV，负载能力高达100mA；负输出（LDON）可编程范围为 -26V至 -16V，步长为25mV，负载能力高达5mA。

1.2 封装与工作温度

SGM3807采用Green WLCSP -2.05×2.35 - 20B封装，工作环境温度范围为 -40℃至 +85℃，能适应较为恶劣的工作环境。

二、功能特性

2.1 电压调节

• 降压调节：集成的高性能同步降压转换器以1.4MHz（典型值）的开关频率工作，支持高达1.2A的负载电流。采用COT控制架构，提供出色的负载和线路瞬态性能。通过I2C接口，输出电压可在0.75V至1.3V之间以12.5mV的增量进行编程。
• SIDO调节：集成的单电感双输出（SIDO）DC/DC转换器通过I2C接口提供6.3V至11.6V的正输出电压（调节步长为100mV）和 -26.3V至 -16.3V的负输出电压。两条电源轨都支持通过I2C进行动态电压缩放（DVS）功能。每个SIDO输出轨都集成了一个LDO，以降低输出电压纹波。

2.2 动态电压缩放（DVS）

SGM3807在所有三个电源轨上都实现了动态电压缩放功能。LDOP支持通过REG0x00以100mV为步长进行调节，LDON支持通过REG0x01和REG0x02以25mV为步长进行调节，BUCK支持通过REG0x03以12.5mV为步长进行调节。此外，还支持通过REG0x11对LDOP和LDON的DVS压摆率进行调节。

2.3 保护功能

• 欠压锁定（UVLO）：能够在2.5V至5.5V的输入范围内工作，启动后可在1ms内降至2.1V。
• 过压锁定（OVLO）：当输入电压超过5.77V（典型值）时，所有三个电源轨立即停止开关。输入OVP功能具有95mV（典型值）的迟滞。
• 过流保护（OCP）：在所有三个电源轨上都实现了过流保护。SIDO具有1.9A（典型值）的总开关电流限制，BUCK轨实现了2.3A（典型值）的峰值电流限制，且电流限制可通过REG0x04进行编程。
• 过温保护（OTP）：当结温超过 +140℃时，OTP将关闭开关操作。当结温冷却约15℃后，OT_STATUS位将切换为逻辑低。
• 短路保护（SCP）：当LDOP输出电压降至4.3V以下、LDON输出电压升至 -9.7V以上或BUCK轨输出电压降至200mV以下时，SGM3807进入短路保护模式。
• 输出过压保护（OVP）：在所有三个电源轨上都实现了输出过压保护。BUCK轨的OVP阈值比编程输出电压高145mV（典型值），OVP迟滞为46mV（典型值）。LDON的OVP阈值比编程输出电压低2.1V，LDOP的OVP阈值比编程输出电压高1V。

2.4 其他特性

• 软启动、启动和关机：每个电源轨的软启动时间可通过REG0x05进行编程。支持两种启动控制类型，一种是通过切换HWEN引脚启动，另一种是通过I2C寄存器设置控制各个电源轨的启动。
• I2C接口：标准I2C接口用于编程SGM3807的参数并获取状态报告。支持I2C标准模式（高达100kbit/s）、快速模式（高达400kbit/s）和快速模式加（高达1000kbit/s）通信速度。

三、应用设计

3.1 典型应用电路

SGM3807适用于dToF模块应用。当输入电压高于3V时，典型的LDOP输出为10.3V，负载能力为100mA；典型的LDON输出为 -17V，负载能力为5mA；典型的Buck输出为0.8V，负载能力为1.2A。

3.2 外部组件选择

• SIDO电感：推荐使用4.7μH的电感，所选电感的饱和电流额定值应高于2.15A，建议使用村田的DFE252012F - 4R7M。
• Buck电感：SGM3807的Buck转换器设计为与1μH电感配合使用，建议使用村田的DFE201610E - 1R0M。
• 输入电容：推荐使用两个4.7μF的低ESR陶瓷电容作为输入电容，以实现内部电路的去耦和抑制输入线路的寄生电感。
• SIDO输出电容：对于SIDO的正输出和负输出，建议使用一个10μF的低ESR陶瓷电容，所选电容应具有足够的电压额定值，并考虑DC降额。
• Buck输出电容：推荐使用两个10μF的低ESR陶瓷电容作为Buck输出电容，所选电容在0.8V时的有效电容应至少为16μF。

3.3 PCB布局考虑

PCB布局在电源设计中非常重要，不正确的布局可能会导致许多问题，如不稳定、负载和线路瞬态调节问题、输出电压噪声和EMI问题。以下是一些PCB布局指南：

• 为避免开关电源噪声对敏感模拟控制电路的电感或电容耦合，SGM3807中有3个独立的接地（AGND、PGND1和PGND2）。信号接地（AGND）和嘈杂的电源接地（PGND1、PGND2）应在PCB上良好分离，并仅在一点连接。
• 开关节点（SW、SW_P和SW_N）的走线应短而宽。
• 将输入电容尽可能靠近器件放置在VIN（VIN1、VIN2）上。
• 将输出电容尽可能靠近器件放置在BUCK、LDOP、LDON、VP和VN上。
• 使用短而宽的走线连接PVIN上的输入电容和输出电容。
• 在利用Buck转换器的远程传感功能时，建议对VFBP和VFBN信号进行差分布线到远程终端。

四、总结

SGM3807作为一款高性能的电源PMIC，具有丰富的功能和出色的性能，适用于dToF模块、可穿戴Micro LED产品等多种应用场景。在实际设计中，电子工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择外部组件，并注意PCB布局，以充分发挥SGM3807的优势，实现稳定、高效的电源管理。你在使用SGM3807的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。