SGM38046：可穿戴AMOLED產(chǎn)品的單電感電源解決方案

一、引言

在可穿戴設(shè)備和AMOLED顯示技術(shù)飛速發(fā)展的今天，對于AMOLED面板的電源供應(yīng)提出了更高的要求。SGMICRO公司推出的SGM38046作為一款專為小尺寸AMOLED面板偏置設(shè)計(jì)的電源設(shè)備，以其獨(dú)特的性能和特點(diǎn)，為可穿戴AMOLED產(chǎn)品提供了優(yōu)秀的電源解決方案。本文將詳細(xì)介紹SGM38046的各項(xiàng)特性、應(yīng)用以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 基本功能

SGM38046能夠從2.7V至5.5V的單節(jié)鋰離子/聚合物電池或直流電源獲取電能，為AMOLED面板提供OVDD、OVSS和AVDD三種電壓源。它通過集成的升降壓轉(zhuǎn)換器和反相電荷泵逆變器生成兩個(gè)中間電壓軌（正和負(fù)），再經(jīng)過LDO調(diào)節(jié)，得到干凈、低紋波的正電壓（AVDD和OVDD）和負(fù)電壓（OVSS）輸出。該設(shè)備針對對稱輸出進(jìn)行了優(yōu)化，可使電荷泵逆變器達(dá)到最高效率。

2.2 應(yīng)用領(lǐng)域

• 可穿戴AMOLED產(chǎn)品，如智能手表、智能手環(huán)等，為其AMOLED屏幕提供穩(wěn)定電源。
• 帶有AMOLED副屏的手機(jī)，滿足副屏的供電需求。
• 作為可穿戴AMOLED產(chǎn)品的單電感電源供應(yīng)方案，簡化電路設(shè)計(jì)。

2.3 封裝形式

采用綠色WLCSP-2×2-16B封裝，這種封裝形式尺寸小，適合可穿戴設(shè)備對空間的嚴(yán)格要求。

三、產(chǎn)品特性

3.1 輸入輸出特性

• 輸入電壓范圍：2.7V至5.5V，能適應(yīng)多種電源供電。
• 輸出電壓：AVDD輸出電壓為3.3V；OVDD輸出電壓范圍為2.8V至4.6V（默認(rèn)3.3V ± 1%，步長0.1V）；OVSS輸出電壓范圍為 -4.0V至 -0.6V（默認(rèn) -3.3V ± 1%，步長0.1V）。
• 輸出電流能力：在(V{OVDD } = 3.3 V)，(V{ovss } = -3.3 V)時(shí)，OVDD和OVSS組合輸出電流能力高達(dá)90mA。

3.2 性能特性

• 電壓調(diào)節(jié)：具有出色的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)能力，能保證輸出電壓的穩(wěn)定性。
• 低紋波和瞬態(tài)響應(yīng)：輸出紋波低，且在負(fù)載變化時(shí)能快速響應(yīng)，保持穩(wěn)定的輸出電壓。
• 軟啟動(dòng)功能：可避免啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊，保護(hù)設(shè)備和電池。
• 輸出負(fù)載與輸入完全斷開：在需要時(shí)可實(shí)現(xiàn)輸出負(fù)載與輸入電源的徹底分離，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

3.3 保護(hù)特性

• 欠壓鎖定保護(hù)（UVLO）：當(dāng)輸入電壓低于設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉設(shè)備，防止異常工作。
• 過流保護(hù)（OCP）：實(shí)時(shí)監(jiān)測電感電流，當(dāng)檢測到過流時(shí)立即關(guān)斷開關(guān)，限制電流，保護(hù)設(shè)備免受損壞。
• 短路保護(hù)（SCP）：當(dāng)輸出電壓降至編程值的80%以下時(shí)，檢測到短路，強(qiáng)制關(guān)閉所有開關(guān)，設(shè)備進(jìn)入鎖定的關(guān)機(jī)狀態(tài)，需特定條件才能復(fù)位。
• 過壓保護(hù)（OVP）：當(dāng)輸入電壓超過5.7V時(shí)，停止所有電源轉(zhuǎn)換器，輸入電壓降至5.6V以下時(shí)恢復(fù)工作。
• 過溫保護(hù)（OTP）：當(dāng)芯片溫度超過 +140℃時(shí)，停止所有電源轉(zhuǎn)換器，溫度下降10℃左右后恢復(fù)工作。

3.4 其他特性

• 節(jié)能模式：在輕載時(shí)進(jìn)入節(jié)能模式，提高效率，降低功耗。
• 低關(guān)機(jī)電流：關(guān)機(jī)電流小于1μA，減少待機(jī)功耗。

四、引腳配置與功能

五、典型應(yīng)用電路與元件選擇

5.1 典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，需要合理選擇電感和電容等元件。電感L1推薦使用2.2μH的電感，電容的選擇根據(jù)不同的位置和功能有所不同，如C1、C6、C7推薦使用4.7μF/16V/X5R的電容，C4、C5推薦使用10μF/16V/X5R的電容等。

5.2 緊湊空間和輕載應(yīng)用

在緊湊空間和輕載（< 50mA）的應(yīng)用場景中，電感L1可選用1μH的電感，同時(shí)部分電容的參數(shù)和封裝也可相應(yīng)調(diào)整，以滿足空間和負(fù)載的要求。

六、電氣特性與性能曲線

6.1 電氣特性

詳細(xì)的電氣特性參數(shù)包括輸入電源的電壓范圍、靜態(tài)電流、關(guān)機(jī)電流、欠壓鎖定閾值、熱關(guān)斷溫度和遲滯等，以及SWIRE、AVDDEN、升降壓調(diào)節(jié)器、負(fù)電荷泵、AVDD、OVDD和OVSS等各部分的相關(guān)參數(shù)，如邏輯電平電壓、輸出電壓范圍、精度、電流能力、調(diào)節(jié)率、紋波、電流限制等。這些參數(shù)為電路設(shè)計(jì)和性能評估提供了重要依據(jù)。

6.2 性能曲線

通過一系列的性能曲線，如啟動(dòng)和關(guān)機(jī)序列、輕載和重載時(shí)的輸出紋波、負(fù)載和線路瞬態(tài)響應(yīng)、效率與輸出電流的關(guān)系、輸出電壓與輸出電流和輸入電壓的關(guān)系等，可以直觀地了解SGM38046在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。例如，從效率與輸出電流的曲線可以看出，在不同的輸入電壓和負(fù)載電流下，設(shè)備的效率變化情況，從而為優(yōu)化電路設(shè)計(jì)和提高系統(tǒng)效率提供參考。

七、時(shí)序圖與功能框圖

7.1 時(shí)序圖

提供了多種啟動(dòng)和關(guān)機(jī)序列的時(shí)序圖，包括AVDDEN和SWIRE不同的上升和下降沿順序?qū)?yīng)的時(shí)序，以及AVDD和SWIRE單獨(dú)控制的啟動(dòng)和關(guān)機(jī)時(shí)序。這些時(shí)序圖明確了設(shè)備在不同控制信號下的工作順序和時(shí)間要求，對于系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和控制至關(guān)重要。

7.2 功能框圖

功能框圖展示了SGM38046的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要包括升降壓轉(zhuǎn)換器、電荷泵逆變器、三個(gè)LDO、序列控制和保護(hù)功能模塊。通過功能框圖可以清晰地了解設(shè)備的工作原理和各部分之間的關(guān)系，為電路設(shè)計(jì)和故障排查提供了有力的支持。

八、應(yīng)用信息與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

8.1 工作原理與輸出電壓調(diào)整

設(shè)備啟動(dòng)后，升降壓轉(zhuǎn)換器從2.7V至5.5V的電源輸入（PVIN）生成穩(wěn)定的正電壓軌（VOUT），電荷泵轉(zhuǎn)換器將VOUT反相生成穩(wěn)定的負(fù)電壓軌（VON），三個(gè)LDO對轉(zhuǎn)換器的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，得到AMOLED所需的干凈電壓源。VOUT的大小根據(jù)AVDD、OVDD和OVSS的穩(wěn)壓要求自動(dòng)調(diào)整，計(jì)算公式為(V{OUT } = MAXleft(V{AVDD }, V{OVDD },left|V{OVss }right|right) + 0.3 V)。

8.2 SWIRE接口與電壓編程

SWIRE接口可用于通過MCU或數(shù)字控制器對輸出電壓進(jìn)行編程。通過SWIRE時(shí)序序列中的脈沖計(jì)數(shù)，可以設(shè)置OVDD和OVSS的輸出電壓，VOUT和VVON會(huì)相應(yīng)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)最佳效率和穩(wěn)壓。同時(shí)，SWIRE的不同脈沖數(shù)量還可以實(shí)現(xiàn)其他功能，如開啟或關(guān)閉OVDD、OVSS，軟復(fù)位等。

8.3 布局與元件選擇

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最佳性能，布局時(shí)應(yīng)將元件盡可能靠近設(shè)備，并使用寬而短的走線進(jìn)行連接，特別是輸出端的大電流回路。輸入和輸出旁路電容應(yīng)連接到PCB接地平面，飛跨電容要靠近C1P/C1N引腳放置，電感要靠近SW1和SW2引腳放置，且避免在SW1和SW2附近走線噪聲敏感信號。

8.4 散熱約束

由于可穿戴設(shè)備空間有限，且AMOLED面板與用戶身體接觸，散熱受限。SGM38046的熱關(guān)斷閾值為 +140℃，遠(yuǎn)高于安全溫度，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行仔細(xì)的散熱分析和測試，并根據(jù)實(shí)際情況對設(shè)備的輸出功率容量進(jìn)行降額處理。

九、總結(jié)

SGM38046作為一款專為可穿戴AMOLED產(chǎn)品設(shè)計(jì)的單電感電源解決方案，具有輸入電壓范圍寬、輸出電壓可調(diào)、輸出電流能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定、保護(hù)功能完善等優(yōu)點(diǎn)。通過合理的電路設(shè)計(jì)、元件選擇和布局，以及對散熱等問題的充分考慮，可以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，為可穿戴AMOLED產(chǎn)品提供可靠的電源支持。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求和應(yīng)用場景，靈活運(yùn)用這些特性，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以滿足產(chǎn)品的性能和可靠性要求。那么，在你的設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，是否會(huì)考慮選擇SGM38046作為電源解決方案呢？