SGM31360：36 通道 LED 驅(qū)動芯片的詳細(xì)解析

在電子設(shè)備的 LED 顯示領(lǐng)域，一款優(yōu)質(zhì)的驅(qū)動芯片能為產(chǎn)品帶來出色的顯示效果。今天我們就來深入了解 SGM31360 這款 36 通道 LED 驅(qū)動芯片，看看它有哪些獨(dú)特之處。

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一、芯片概述

SGM31360 由 36 個(gè)恒流通道組成，每個(gè)通道都具備獨(dú)立的 PWM 控制功能，專門用于驅(qū)動 LED。它可以通過 I2C 接口，根據(jù) 8/10/12/16 位 PWM 分辨率設(shè)置和振蕩器頻率設(shè)置，將 PWM 頻率編程到相應(yīng)的值。每個(gè)通道的輸出電流可通過一個(gè) 4kΩ 外部電阻和內(nèi)部寄存器設(shè)置為 20mA，并且芯片具有電流限制功能，可避免過流情況，該功能通過寄存器位進(jìn)行配置。此外，通過 I2C 接口改變 PWM 占空比，每個(gè)通道的平均 LED 電流最多可在 65535 個(gè)步驟內(nèi)進(jìn)行改變。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1. 移動設(shè)備：適用于手機(jī)等手持設(shè)備的 LED 顯示，為屏幕顯示提供穩(wěn)定的驅(qū)動。
2. 家電領(lǐng)域：在家電中的 LED 應(yīng)用中發(fā)揮作用，提升家電的顯示效果。
3. 多通道 LED 驅(qū)動：作為 36 通道 LED 驅(qū)動，可滿足一些對通道數(shù)量有要求的 LED 顯示場景。

三、芯片特性

3.1 電源與接口

• 寬電源范圍：支持 2.7V 至 5.5V 的電源供應(yīng)，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• I2C 接口：具備 I2C 接口和自動地址遞增功能，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
• 多地址選擇：提供四個(gè)可選的 I2C 地址和一個(gè)廣播地址，增加了使用的靈活性。

  3.2 節(jié)能與精度

• ECO 模式：具有自動節(jié)能的 ECO 模式，可降低功耗。
• 高精度電流下沉：設(shè)備間誤差和通道間誤差均為 ±5%，保證了電流輸出的準(zhǔn)確性。

  3.3 PWM 頻率

• 可調(diào)節(jié) PWM 頻率：根據(jù)不同的 PWM 分辨率設(shè)置，提供多種可選的 PWM 頻率，如在 8 位 PWM 分辨率下有 125kHz、62.5kHz 等多個(gè)頻率可選。

  3.4 功能特點(diǎn)

• 36 通道 RGB LED 驅(qū)動：支持 256 級全局電流配置、256 級綠/紅/藍(lán)光電流設(shè)置、256 級 LED 模塊電流設(shè)置以及最大 65535 級的單個(gè) PWM 調(diào)制。
• EMI 和可聽噪聲降低：通過相移和反相功能、擴(kuò)頻功能以及 PWM 散射方法，有效降低 EMI 和可聽噪聲。

  3.5 工作溫度與封裝

• 寬工作溫度范圍：可在 -40℃ 至 +85℃ 的溫度范圍內(nèi)正常工作。
• 環(huán)保封裝：采用綠色 TQFN - 5×5 - 44L 封裝，符合環(huán)保要求。

四、電氣特性

4.1 電源與電流

• 電源電壓：范圍為 2.7V 至 5.5V。
• 最大通道灌電流：在特定條件下可達(dá) 20mA。
• 靜態(tài)電流：不同工作模式下的靜態(tài)電流有所不同，如在 ECO 模式下可低至 3μA。

  4.2 PWM 特性

• PWM 頻率：根據(jù)不同的設(shè)置，PWM 頻率有多種可選，且頻率精度在 ±5% 以內(nèi)。

  4.3 其他特性

• 熱關(guān)斷溫度：達(dá)到 160℃ 時(shí)，芯片會自動關(guān)斷所有輸出通道，起到保護(hù)作用。
• 輸出泄漏電流：在特定條件下，輸出泄漏電流較小。

五、引腳配置與功能

SGM31360 采用 TQFN - 5×5 - 44L 封裝，各引腳具有不同的功能：

• 輸出通道引腳：1 - 16 引腳為 OUT3 - OUT18，18 - 35 引腳為 OUT19 - OUT36，43、44 引腳為 OUT1、OUT2，用于連接 LED。
• 接地引腳：17、39 引腳為 GND，暴露焊盤也需連接到 GND。
• 控制引腳：36 引腳 SDB 用于芯片關(guān)機(jī)，37 引腳 AD 用于 I2C 地址設(shè)置。
• 電源引腳：38 引腳 VCC 為電源供應(yīng)。
• 電阻連接引腳：40 引腳 R_EXT 用于連接外部電阻，調(diào)節(jié)全局輸出電流。
• I2C 通信引腳：41 引腳 SDA 為 I2C 串行數(shù)據(jù)，42 引腳 SCL 為 I2C 串行時(shí)鐘。

六、典型應(yīng)用電路

典型應(yīng)用電路中，通過連接外部電阻和電容，為芯片提供穩(wěn)定的電源和信號。當(dāng) (R_{EXT}=4kΩ) 時(shí)，最大全局輸出電流可設(shè)置為 20mA。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇電阻和電容的參數(shù)，以確保芯片的正常工作。

七、工作模式與控制

7.1 上電復(fù)位

上電時(shí)，SGM31360 會進(jìn)行復(fù)位，所有寄存器恢復(fù)到默認(rèn)值，LED 驅(qū)動關(guān)閉。當(dāng) (VCC) 低于 POR 閾值電壓（2V）時(shí)，芯片會再次復(fù)位。在 (VCC) 高于 POR 閾值后，需要等待至少 200μs 才能進(jìn)行 (I^{2}C) 讀寫操作，再等待 200μs 才能啟用 LED 照明效果。

7.2 寄存器復(fù)位

通過向 REG0x5D 復(fù)位寄存器寫入 0x00，可觸發(fā)軟件復(fù)位。復(fù)位后，所有寄存器恢復(fù)到默認(rèn)值，芯片進(jìn)入待機(jī)模式。軟件復(fù)位命令通過 I2C 總線確認(rèn)后，需要等待至少 200μs 才能啟用 LED 照明效果。

7.3 關(guān)機(jī)模式

當(dāng) SDB 引腳拉低時(shí)，芯片自動進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí) (I^{2}C) 接口不可訪問，所有寄存器無法配置并會被復(fù)位。

7.4 待機(jī)模式

當(dāng) SDB 引腳從低電平拉高、CHIP_EN 位從 1 變?yōu)?0 或在活動模式下發(fā)生 VCC 欠壓鎖定或過溫保護(hù)時(shí)，芯片進(jìn)入待機(jī)模式。在此模式下，所有模擬模塊斷電，但 (I^{2}C) 接口可訪問，所有寄存器可配置。

7.5 活動模式

當(dāng) SDB 引腳為高電平且 CHIP_EN 位設(shè)置為 1 時(shí)，芯片進(jìn)入活動模式。

7.6 ECO 模式

當(dāng) ECO_MODE 設(shè)置為 1 時(shí)，自動 ECO 模式啟用。如果 ECO_MODE = 1 且 REG0x01 至 REG0x48 寄存器的值為 00H 超過 32ms，芯片自動進(jìn)入 ECO 模式。一旦向 REG0x01 至 REG0x48 中的任何寄存器寫入非零值，芯片立即退出 ECO 模式并進(jìn)入活動模式。

7.7 保護(hù)功能

• 過溫保護(hù)：僅在活動模式下啟用，當(dāng)溫度超過 +160℃ 時(shí)，芯片會關(guān)閉所有輸出通道。
• VCC 欠壓鎖定保護(hù)：在活動模式下工作，防止 VCC 欠壓時(shí)的異常操作，會關(guān)閉照明效果，UVLO 下降閾值為 2.35V。

八、電流配置與 PWM 調(diào)制

8.1 電流配置

每個(gè)綠色/紅色/藍(lán)色 LED 的平均輸出電流可通過公式 (I{OUTn }=K × frac{V{REXT }}{R{EXT}} × frac{I{GLB }}{255} × frac{I{LEDy }}{255} × frac{PWMx }{256 × 256}) 計(jì)算。其中，K 為電壓比 200，(V{REXT }) 為 (R{EXT}) 引腳的參考電壓（0.4V），(R{EXT}) 為 (R{EXT}) 引腳的硬件電阻，(I{GLB}) 為 8 位全局電流寄存器，(I{LEDy}) 為 8 位 LED 模塊電流寄存器，PWMx 為 16 位 PWM 寄存器。最大輸出電流由 (R{EXT})、(I{GLB})、(I{COLZ})、(I{LEDy}) 和 PWMx 決定，當(dāng) (R{EXT}=4kΩ) 時(shí)為 20mA，推薦 (R_{EXT}) 的最小值為 2kΩ。

8.2 PWM 調(diào)制

PWM 頻率由振蕩器頻率設(shè)置的三位和 PWM 分辨率設(shè)置的兩位決定。為避免 MLCC 可聽噪聲，建議使用低于 500Hz 或高于 20kHz 的 PWM 頻率。如果 PWM 設(shè)置為 FFFFH，輸出占空比將強(qiáng)制為全占空比（100%）。

九、PWM 控制方法

9.1 輸出 PWM 散射方法

PWM 散射功能由 REG0x5B[7] 控制，可將正脈沖寬度分散到負(fù)脈沖寬度，保持脈沖寬度調(diào)制的總能量，同時(shí)增加輸出頻率。

9.2 輸出 PWM 相位延遲方法

PWM 相位控制由 REG0x5A 寄存器的 PHASE_DELAYEN 位決定。輸出分為六組，每組有自己的相位，這些相位依次偏移，使 (V{LED}) 線上的總灌電流平均分配到每個(gè)相位。

9.3 輸出 PWM 反相方法

PWM 反相控制由 REG0x5A[5:0] 位決定，通過六個(gè)獨(dú)立控制，可減少一組中的電流紋波。

9.4 輸出 PWM 擴(kuò)頻功能

該芯片具有擴(kuò)頻功能，可優(yōu)化 EMI 性能。當(dāng) SPREAD_EN 位（REG0x5B[4]）設(shè)置為 “1” 時(shí)，擴(kuò)頻功能啟用。通過設(shè)置 SPREAD_RANGE[1:0] 位（REG0x5B[3:2]），可選擇 4%/8%/16%/32% 四個(gè)擴(kuò)頻范圍。該功能僅在 PWM 頻率大于 7.8kHz 時(shí)有效。

十、I2C 串行接口與數(shù)據(jù)通信

10.1 接口特性

SGM31360 采用標(biāo)準(zhǔn) I2C 接口進(jìn)行參數(shù)編程和狀態(tài)報(bào)告。I2C 是一種 2 線串行通信接口，可連接一個(gè)或多個(gè)主設(shè)備與多個(gè)從設(shè)備進(jìn)行雙向通信。芯片支持寫和讀操作，有四個(gè) I2C 地址選項(xiàng)，取決于 AD 引腳的連接。

10.2 數(shù)據(jù)通信

• 起始和停止條件：主設(shè)備在總線空閑時(shí)通過施加 START 條件開始數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)束時(shí)施加 STOP 條件。
• 數(shù)據(jù)位傳輸和有效性：數(shù)據(jù)位在時(shí)鐘高電平期間必須保持穩(wěn)定，SDA 狀態(tài)只能在 SCL 低電平時(shí)改變。
• 字節(jié)格式：數(shù)據(jù)以 8 位數(shù)據(jù)包傳輸，每個(gè)數(shù)據(jù)包后需有一個(gè)確認(rèn)位。
• 確認(rèn)和非確認(rèn)：接收方在每個(gè)字節(jié)傳輸后回復(fù)確認(rèn)位，告知發(fā)送方是否準(zhǔn)備好接收下一個(gè)字節(jié)。
• 數(shù)據(jù)方向位和尋址從設(shè)備：主設(shè)備發(fā)送的第一個(gè)字節(jié)為目標(biāo)從設(shè)備地址和數(shù)據(jù)方向位，數(shù)據(jù)方向在整個(gè)事務(wù)中保持不變，如需改變需發(fā)送新的 START 條件。

十一、寄存器映射

SGM31360 共有 94 個(gè) 8 位寄存器，編號從 REG0x00 到 REG0x5D，每個(gè)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、輸出電流限制等。

十二、封裝與訂購信息

芯片采用綠色 TQFN - 5×5 - 44L 封裝，工作溫度范圍為 -40℃ 至 +85℃，訂購型號為 SGM31360YTVO44G/TR。同時(shí)，文檔還提供了封裝外形尺寸、推薦焊盤尺寸、編帶和卷軸信息以及紙箱尺寸等詳細(xì)信息。

SGM31360 是一款功能強(qiáng)大、性能出色的 36 通道 LED 驅(qū)動芯片，在 LED 顯示領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)，可以根據(jù)其特性和功能，合理選擇和使用該芯片，以實(shí)現(xiàn)理想的顯示效果。你在使用類似芯片時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。