深入解析 onsemi FAN53870/FAN53871 PMIC：多功能电源管理的理想之选

在当今的电子设备中，电源管理芯片（PMIC）扮演着至关重要的角色，尤其是在移动设备领域，对电源的高效管理和稳定输出有着极高的要求。onsemi 的 FAN53870 和 FAN53871 系列 PMIC 专为移动电源应用的相机模块而设计，集成了多个低压差线性稳压器（LDO），为电子工程师提供了强大而灵活的电源解决方案。

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产品概述

FAN53870 系列是低静态电流（Iq）的 PMIC，适用于电池供电的移动应用。它集成了七个 LDO，包括两个高功率 LDO 用于数字核心供电，三个超低噪声、高电源抑制比（PSRR）的 LDO 为敏感的模拟/RF 电路负载供电，以及两个通用 LDO 提供出色的整体性能。该产品采用 20 凸点、0.35mm 间距的晶圆级芯片尺寸封装（WLCSP），具有小尺寸的特点，非常适合空间受限的应用。

主要特性

• 输出电流能力多样：LDO1 和 LDO2 分别有 1A 和 1.2A 的输出电流能力选项，而 LDO3 - LDO7 则具有 300mA 的输出电流能力。
• 可编程输出电压：LDO1 和 LDO2 的输出电压可在 0.8V 至 1.5V 之间以 8mV 的步长进行编程，LDO3 - LDO7 的输出电压可在 1.5V 至 3.4V 之间以 8mV 的步长进行编程。
• 宽输入电压范围：LDO1 和 LDO2 的输入电压范围为 1.0V 至 2.0V，LDO3 - LDO7 的输入电压范围为 1.9V 至 5.5V。
• 高精度输出：LDO1 和 LDO2 的输出电压精度为 ±1.5%，LDO5 - LDO7 的输出电压精度为 ±2.0%。
• 低噪声和高 PSRR：LDO3 - LDO5 具有超低噪声和高 PSRR 特性，适合对噪声敏感的应用。
• 软启动功能：所有 LDO 都具有软启动功能，可限制浪涌电流。
• 可编程电源启动/关闭顺序：通过专用寄存器可以对电源的启动和关闭顺序进行编程和控制。
• 保护功能齐全：具备过流保护（OCP）、欠压保护（UVP）、欠压锁定（UVLO）和热保护等多种保护功能，确保系统的可靠性。
• I2C 控制：通过 I2C 接口可以对输出电压和各种功能进行编程。

电气特性

电源相关特性

• 欠压锁定（UVLO）：当系统电源电压（VSYS）或 LDO 的输入电压低于其 UVLO 上升阈值时，相应的 UVLO 中断位和状态位将被设置，中断引脚将被置高。当电压低于 UVLO 下降阈值时，LDO 将关闭，并发出 UVLO 中断。在输入电压上升到 UVLO 上升阈值以上后，LDO 将尝试重启。
• 热管理：当芯片温度达到 125°C 时，热警告状态位将被设置为“1”，直到温度下降到 110°C。当温度继续上升到 140°C 时，将触发热关断事件，所有 LDO 将被禁用，热关断中断位将被设置，但 I2C 通信仍可进行。

LDO 特性

• 静态电流：不同 LDO 的静态电流在不同条件下有所不同，例如 LDO3 和 LDO4 在禁用时的静态电流为 63μA。
• 输出电压精度：如前文所述，LDO1 和 LDO2 的输出电压精度为 ±1.5%，LDO5 - LDO7 的输出电压精度为 ±2.0%。
• 压差电压：不同 LDO 的压差电压在不同负载电流和输出电压条件下有所不同，例如 LDO1 和 LDO2 在特定条件下的压差电压最大为 200mV。
• 电流限制：每个 LDO 的电流限制可以通过 I2C 接口进行编程，以保护 LDO 免受过载和短路的影响。

I2C 特性

• 接口兼容性：FAN53870 的 I2C 接口兼容标准、快速和快速增强模式的 I2C 总线规范。
• 从地址：默认的 I2C 从地址在不同型号中有所不同，例如 FAN53870 的默认地址为 7’h35，FAN53871 的默认地址为 7’h20。
• 总线时序：数据通常在 SCL 为低电平时传输，在 SCL 的上升沿进行时钟同步。每个总线事务以 SDA 和 SCL 为高电平开始和结束，通过 START 和 STOP 条件来定义事务的开始和结束。

功能规格

设备操作

FAN53870 可以通过 I2C 接口对其各种功能进行编程。每个 LDO 可以独立启用或禁用，通过设置 ENABLE 寄存器中的 LDOx_EN 位来实现。在启用 LDO 时，内部软启动功能可以限制浪涌电流。

保护功能

• 过流保护（OCP）：当发生过载事件时，电流将自动限制到编程的电流限制值。如果 LDO 在电流限制状态下持续超过 1ms，OCP 中断位将被设置，中断引脚将被置高，LDO 将永久关闭。
• 欠压保护（UVP）：如果输出电压下降到目标输出电压的约 20%（LDO1 和 LDO2 为 10%）以下，UVP 状态位将被设置。如果故障持续超过 50μs，UVP 中断位将被设置，中断引脚将被置高，LDO 将被禁用。
• 4 - 故障关断：为了防止 LDO 或 IC 本身的重复启动和故障，检测到 4 次故障将导致 LDO 或整个 IC 永久关闭。

复位功能

当 RESET_B 引脚被拉低时，INTERRUPTx 和 STATUSx 位将被清除，所有其他寄存器将保持其编程值，但 I2C 通信将被禁用。当 RESET_B 引脚被拉高时，I2C 模块将被打开。

电源启动/关闭顺序

可以使用专用寄存器 xxxx_SEQ 和 SEQUENCING 对电源的启动和关闭顺序进行编程和控制。如果在启动序列中某个 LDO 发生故障，其他 LDO 仍将按照其分配的时间槽启动。

I2C 功能

• 接口：SCL 线是输入，SDA 线是双向开漏输出。所有数据以 MSB（位 7）优先的方式进行移位。
• 从地址：默认的 I2C 从地址可以通过 I2C_ADDR_SEL 寄存器进行更改。
• 读写事务：支持单字节和多字节（顺序）读写事务，通过不同的命令和操作来实现数据的读写。

寄存器映射

FAN53870 具有多个寄存器，用于控制和监测各种功能。这些寄存器包括产品 ID、硅版本 ID、输出电流限制、使能位、输出电压设置、电源启动顺序、放电控制、复位控制、I2C 地址选择等。每个寄存器的具体位定义和功能在数据手册中有详细说明。

应用指南

LDO 输入电容考虑

如果使用长导线为评估板供电，应在评估板上的 CIN 和电源引线之间放置额外的“大容量”电容（电解或钽电容），以减少电源引线电感和 CIN 之间可能发生的振铃。输入电容应使用具有足够电压额定值的 X5R 和 X7R 陶瓷电容。

LDO 输出电容考虑

FAN53870 的 LDO 在出厂时针对不同的输出电容范围进行了设置，LDO1 和 LDO2 的输出电容范围为 5.5 至 17μF（无偏置），LDO3 - LDO7 的输出电容范围为 1.0 至 4.7μF（无偏置）。所有 LDO 可以在工厂进行调整，以适应最大 47μF（无偏置）的总电容。在评估和订购 FAN53870 时，应与 onsemi 代表指定每个 LDO 输出的电容值，以确保最佳性能和稳定性。输出电容也应使用具有足够电压额定值的 X5R 和 X7R 陶瓷电容。

PCB 布局建议

输入和输出电容应尽可能靠近相关的电源引脚放置。电容的接地端应连接到良好的接地平面，最好是在电路板的表面。输入电源应先路由到输入电容，然后再连接到 IC 的输入引脚。对于来自其他层的电源，应通过焊盘中的过孔或靠近电容正极端的过孔路由到电容层。LDO 输出的电源走线应先连接到输出电容，然后再根据需要连接到其他层。

总结

onsemi 的 FAN53870 和 FAN53871 系列 PMIC 提供了丰富的功能和出色的性能，适用于各种移动电源应用。其集成的多个 LDO 可以满足不同子系统的电源需求，同时具备多种保护功能和可编程特性，为电子工程师提供了灵活的设计选择。在设计过程中，合理考虑 LDO 输入和输出电容以及 PCB 布局，将有助于充分发挥该 PMIC 的性能优势，实现高效、稳定的电源管理。你在使用 FAN53870/FAN53871 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。