SGM2037：低噪聲、低 dropout 電壓的 CMOS 電壓調(diào)節(jié)器

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電壓調(diào)節(jié)器是至關(guān)重要的組件，它能為設(shè)備提供穩(wěn)定的電源。今天要介紹的 SGM2037 就是一款性能出色的低噪聲、低 dropout 電壓線性調(diào)節(jié)器，下面就來詳細(xì)了解一下它的特點(diǎn)和應(yīng)用。

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1. 產(chǎn)品概述

SGM2037 采用 CMOS 技術(shù)設(shè)計(jì)，能夠提供 500mA 的輸出電流。其工作輸入電壓范圍為 0.8V 至 5.5V，偏置電源電壓范圍為 2.5V 至 5.5V，輸出電壓范圍為 0.8V 至 3.6V。此外，它還具備邏輯控制的關(guān)斷模式、短路電流限制和熱關(guān)斷保護(hù)等功能，并且在禁用狀態(tài)下具有自動放電功能，能快速釋放輸出電壓。

SGM2037 適用于對噪聲敏感、需要快速瞬態(tài)響應(yīng)和低靜態(tài)電流消耗的應(yīng)用，如電池供電設(shè)備和智能手機(jī)等。它提供了 Green SOT - 23 - 5、SOT - 23 - 6 和 UTDFN - 1.2×1.2 - 6L 三種封裝形式，工作溫度范圍為 - 40℃至 + 125℃。

2. 產(chǎn)品特性

2.1 電氣性能

• 輸出電流：標(biāo)稱輸出電流為 500mA，能滿足大多數(shù)設(shè)備的供電需求。
• 輸入電壓范圍：0.8V 至 5.5V，適應(yīng)多種電源輸入。
• 偏置電壓范圍：2.5V 至 5.5V，為內(nèi)部控制電路提供穩(wěn)定的偏置。
• 輸出電壓：提供固定輸出電壓（0.8V、0.9V、1.0V 等多種選擇）和可調(diào)輸出電壓（0.8V 至 3.6V），滿足不同應(yīng)用的需求。
• 輸出電壓精度：在 + 25℃時(shí)，輸出電壓精度為 ± 0.8%，保證了輸出電壓的穩(wěn)定性。
• 低壓差電壓：在 500mA 時(shí)，典型壓差電壓為 120mV，能有效降低功耗。
• 低偏置輸入電流：典型偏置輸入電流為 37μA，關(guān)斷狀態(tài)下典型值為 0.01μA，降低了靜態(tài)功耗。
• 低噪聲：典型噪聲為 25μVRMS，適合對噪聲敏感的應(yīng)用。

2.2 保護(hù)功能

• 過流和過溫保護(hù)：能有效保護(hù)設(shè)備免受過載和過熱的損害。
• 快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)：在負(fù)載變化時(shí)，能快速調(diào)整輸出電壓，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
• 邏輯電平使能輸入：通過 EN 引腳實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器的開關(guān)控制，方便靈活。

3. 典型應(yīng)用電路

3.1 固定電壓應(yīng)用電路

在固定電壓應(yīng)用中，輸入電容 (C{IN}) 選用 1μF，輸出電容 (C{OUT}) 選用 2.2μF，偏置電容 (C_{BIAS}) 選用 0.1μF。這種電路配置能為設(shè)備提供穩(wěn)定的固定電壓輸出。

3.2 可調(diào)電壓應(yīng)用電路

對于可調(diào)電壓應(yīng)用，除了上述電容配置外，還需要連接外部電阻 (R_1) 和 (R2) 到 FB 引腳，通過調(diào)整電阻值來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。輸出電壓計(jì)算公式為 (V{OUT }=V{FB} timesleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right))，其中 (V{FB}=0.8V)。

4. 引腳配置與描述

4.1 引腳配置

SGM2037 有固定輸出和可調(diào)輸出兩種版本，不同封裝形式的引腳配置有所不同。

• SGM2037 - 固定輸出（SOT - 23 - 5）：1 腳為 IN（輸入電壓供應(yīng)引腳），2 腳為 GND（接地），3 腳為 BIAS（偏置電壓供應(yīng)引腳），4 腳為 EN（使能引腳），5 腳為 OUT（調(diào)節(jié)后的輸出電壓引腳）。
• SGM2037 - 固定輸出（UTDFN - 1.2×1.2 - 6L）：引腳功能與 SOT - 23 - 5 類似，但引腳排列不同。
• SGM2037 - ADJ（SOT - 23 - 6）：除了上述引腳外，5 腳為 FB（反饋引腳，用于可調(diào)電壓版本）。
• SGM2037 - ADJ（UTDFN - 1.2×1.2 - 6L）：引腳功能與 SOT - 23 - 6 類似。

4.2 引腳描述

• IN 引腳：輸入電壓供應(yīng)引腳，為調(diào)節(jié)器提供輸入電源。
• GND 引腳：接地引腳，提供參考電位。
• BIAS 引腳：為內(nèi)部控制電路提供偏置電壓，該引腳由內(nèi)部欠壓鎖定電路監(jiān)控。
• EN 引腳：使能引腳，高電平開啟調(diào)節(jié)器，低電平關(guān)閉調(diào)節(jié)器，內(nèi)部有下拉電阻，確保引腳浮空時(shí)設(shè)備關(guān)閉。
• OUT 引腳：調(diào)節(jié)后的輸出電壓引腳，建議使用有效電容范圍為 1pF 至 10pF 的輸出電容。
• FB 引腳（可調(diào)電壓版本）：反饋引腳，連接到外部電阻分壓器的中點(diǎn)，用于調(diào)整輸出電壓。

5. 應(yīng)用信息

5.1 電容選擇

• 輸入電容 (C_{IN})：為確保設(shè)備穩(wěn)定性，輸入去耦電容應(yīng)盡可能靠近 IN 引腳連接。建議選用 1μF 或更大的 X7R 或 X5R 陶瓷電容，以獲得良好的動態(tài)性能。當(dāng) (V_{IN}) 需要瞬間提供大電流時(shí)，需要使用大的有效輸入電容，多個輸入電容可以限制輸入跟蹤電感，減少振鈴。
• 輸出電容 (C_{OUT})：輸出去耦電容應(yīng)盡可能靠近 OUT 引腳。同樣建議選用 1μF 或更大的 X7R 或 X5R 陶瓷電容。SGM2037 能保持穩(wěn)定的 (C{OUT}) 最小有效電容為 1μF。由于陶瓷電容的有效電容會受溫度、直流偏置和封裝尺寸的影響，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮足夠的余量。較大的電容和較低的 ESR (C{OUT}) 有助于提高負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和高頻電源抑制比。

5.2 使能操作

通過 EN 引腳可以控制設(shè)備的開啟和關(guān)閉，以及激活或停用輸出自動放電功能。當(dāng) EN 引腳電壓低于 0.25V 時(shí)，設(shè)備處于關(guān)斷狀態(tài)，IN 引腳到 OUT 引腳無電流流動，自動放電晶體管通過 120Ω（典型值）電阻放電輸出電壓；當(dāng) EN 引腳電壓高于 1.2V 時(shí)，設(shè)備處于激活狀態(tài)，輸入電壓被調(diào)節(jié)為輸出電壓，自動放電晶體管關(guān)閉。

5.3 可調(diào)調(diào)節(jié)器

SGM2037 - ADJ 的輸出電壓可以在 0.8V 至 3.6V 之間調(diào)節(jié)。通過將 FB 引腳連接到兩個外部電阻（如公式 (V{OUT }=V{FB} timesleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right)) 所示），選擇 (R_{2}=40kΩ) 可以保持 20μA 的最小負(fù)載。

5.4 壓差電壓

SGM2037 有兩個壓差電壓，(V{IN}) 壓差電壓定義為 (V{OUT}) 比 (V{OUT(NOM)}) 下降 5% 時(shí) (V{IN}) 與 (V{OUT}) 的差值；當(dāng)輸出電壓低于 1.5V 時(shí)，由于最小偏置工作電壓為 2.5V，(V{BIAS}) 壓差電壓不適用。當(dāng) (V{OUT}) 開始下降且 (V{BIAS}) 足夠高時(shí)，(V{IN}) 壓差電壓等于 (V{IN }-V{OUT})；當(dāng) IN 和 BIAS 引腳連接在一起且 (V{OUT}) 開始下降時(shí)，(V{BIAS}) 壓差電壓指 (V{BIAS }-V_{OUT})。

5.5 輸出電流限制和短路保護(hù)

當(dāng)發(fā)生過載事件時(shí)，輸出電流內(nèi)部限制為 670mA（典型值）；當(dāng) OUT 引腳短路到地時(shí)，短路保護(hù)將輸出電流限制為 340mA（典型值）。

5.6 熱關(guān)斷

SGM2037 可以檢測芯片溫度，當(dāng)芯片溫度超過熱關(guān)斷閾值時(shí)，設(shè)備將進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，直到芯片溫度降至 + 140℃。

5.7 功耗

熱保護(hù)限制了 SGM2037 的功耗。當(dāng)通過元件的功耗 (P{D}=(V{IN }-V{OUT }) ×I{OUT }) 過大，且工作結(jié)溫超過 + 160℃時(shí)，OTP 電路啟動熱關(guān)斷功能，關(guān)閉通過元件。因此，對所選應(yīng)用進(jìn)行熱分析對于保證在所有條件下的可靠性能非常重要，為保證可靠運(yùn)行，SGM2037 的結(jié)溫不得超過 125℃。最大允許功耗取決于 IC 封裝的熱阻、PCB 布局、周圍氣流速率以及結(jié)溫和環(huán)境溫度之間的差值，可通過公式 (P{D(MAX)}=left(T{J(MAX)}-T{A}right) / theta{JA}) 近似計(jì)算。

5.8 負(fù)偏置輸出

當(dāng)輸出電壓為負(fù)時(shí)，由于寄生效應(yīng)，芯片可能無法啟動。確保在所有條件下輸出大于 - 0.3V。如果應(yīng)用中預(yù)期有過大的負(fù)偏置輸出，可以在 OUT 引腳和 GND 引腳之間添加一個肖特基二極管。

5.9 反向電流保護(hù)

NMOS 功率晶體管有一個固有的體二極管，當(dāng) (V{OUT }>V{IN }) 時(shí)，體二極管將正向偏置，反向電流從 OUT 引腳流向 IN 引腳會損壞 SGM2037。如果應(yīng)用中預(yù)期 (V{OUT }>(V{IN }+0.3V))，可以在 OUT 引腳和 IN 引腳之間添加一個外部肖特基二極管來保護(hù) SGM2037。

6. 封裝與訂購信息

不同封裝形式的尺寸和推薦焊盤圖案也有詳細(xì)規(guī)定，設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

7. 總結(jié)

SGM2037 是一款性能優(yōu)越的電壓調(diào)節(jié)器，具有低噪聲、低 dropout 電壓、快速瞬態(tài)響應(yīng)和多種保護(hù)功能等特點(diǎn)，適用于多種電子設(shè)備。在設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)具體應(yīng)用需求合理選擇電容、配置引腳和考慮保護(hù)措施，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。你在使用 SGM2037 過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享。