SGM3807：高性能電源PMIC的深度解析與應(yīng)用指南

在電子設(shè)備的設(shè)計中，電源管理芯片（PMIC）起著至關(guān)重要的作用，它直接影響著設(shè)備的性能、穩(wěn)定性和效率。SGM3807作為一款集成了同步降壓轉(zhuǎn)換器和單電感雙輸出（SIDO）DC/DC轉(zhuǎn)換器的電源PMIC，具有諸多出色的特性，適用于多種應(yīng)用場景。本文將對SGM3807進(jìn)行詳細(xì)的介紹，包括其基本參數(shù)、功能特點、應(yīng)用設(shè)計等方面，希望能為電子工程師們在實際設(shè)計中提供有價值的參考。

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一、SGM3807概述

SGM3807是一款高性能、專用緊湊型電源PMIC，專為單dToF模塊提供所需的所有電源軌。它采用了專有架構(gòu)，解決了使用單個電感生成兩條電源軌時常見的調(diào)節(jié)問題，能在各種負(fù)載條件下保持所有電源軌的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，且不影響升壓或逆變器操作的性能。

1.1 輸入輸出特性

• 輸入電壓范圍：SGM3807能夠在2.5V至5.5V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，啟動后甚至可以低至2.1V。
• 降壓轉(zhuǎn)換器（BUCK）：輸出電壓可編程，范圍從0.75V到1.3V，步長為12.5mV，輸出電流能力高達(dá)1.2A。
• SIDO轉(zhuǎn)換器：生成一個正電源和一個負(fù)電源，正輸出（LDOP）可編程范圍為6.0V至11.3V，步長為100mV，負(fù)載能力高達(dá)100mA；負(fù)輸出（LDON）可編程范圍為 -26V至 -16V，步長為25mV，負(fù)載能力高達(dá)5mA。

1.2 封裝與工作溫度

SGM3807采用Green WLCSP -2.05×2.35 - 20B封裝，工作環(huán)境溫度范圍為 -40℃至 +85℃，能適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

二、功能特性

2.1 電壓調(diào)節(jié)

• 降壓調(diào)節(jié)：集成的高性能同步降壓轉(zhuǎn)換器以1.4MHz（典型值）的開關(guān)頻率工作，支持高達(dá)1.2A的負(fù)載電流。采用COT控制架構(gòu)，提供出色的負(fù)載和線路瞬態(tài)性能。通過I2C接口，輸出電壓可在0.75V至1.3V之間以12.5mV的增量進(jìn)行編程。
• SIDO調(diào)節(jié)：集成的單電感雙輸出（SIDO）DC/DC轉(zhuǎn)換器通過I2C接口提供6.3V至11.6V的正輸出電壓（調(diào)節(jié)步長為100mV）和 -26.3V至 -16.3V的負(fù)輸出電壓。兩條電源軌都支持通過I2C進(jìn)行動態(tài)電壓縮放（DVS）功能。每個SIDO輸出軌都集成了一個LDO，以降低輸出電壓紋波。

2.2 動態(tài)電壓縮放（DVS）

SGM3807在所有三個電源軌上都實現(xiàn)了動態(tài)電壓縮放功能。LDOP支持通過REG0x00以100mV為步長進(jìn)行調(diào)節(jié)，LDON支持通過REG0x01和REG0x02以25mV為步長進(jìn)行調(diào)節(jié)，BUCK支持通過REG0x03以12.5mV為步長進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外，還支持通過REG0x11對LDOP和LDON的DVS壓擺率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2.3 保護(hù)功能

• 欠壓鎖定（UVLO）：能夠在2.5V至5.5V的輸入范圍內(nèi)工作，啟動后可在1ms內(nèi)降至2.1V。
• 過壓鎖定（OVLO）：當(dāng)輸入電壓超過5.77V（典型值）時，所有三個電源軌立即停止開關(guān)。輸入OVP功能具有95mV（典型值）的遲滯。
• 過流保護(hù)（OCP）：在所有三個電源軌上都實現(xiàn)了過流保護(hù)。SIDO具有1.9A（典型值）的總開關(guān)電流限制，BUCK軌實現(xiàn)了2.3A（典型值）的峰值電流限制，且電流限制可通過REG0x04進(jìn)行編程。
• 過溫保護(hù)（OTP）：當(dāng)結(jié)溫超過 +140℃時，OTP將關(guān)閉開關(guān)操作。當(dāng)結(jié)溫冷卻約15℃后，OT_STATUS位將切換為邏輯低。
• 短路保護(hù)（SCP）：當(dāng)LDOP輸出電壓降至4.3V以下、LDON輸出電壓升至 -9.7V以上或BUCK軌輸出電壓降至200mV以下時，SGM3807進(jìn)入短路保護(hù)模式。
• 輸出過壓保護(hù)（OVP）：在所有三個電源軌上都實現(xiàn)了輸出過壓保護(hù)。BUCK軌的OVP閾值比編程輸出電壓高145mV（典型值），OVP遲滯為46mV（典型值）。LDON的OVP閾值比編程輸出電壓低2.1V，LDOP的OVP閾值比編程輸出電壓高1V。

2.4 其他特性

• 軟啟動、啟動和關(guān)機(jī)：每個電源軌的軟啟動時間可通過REG0x05進(jìn)行編程。支持兩種啟動控制類型，一種是通過切換HWEN引腳啟動，另一種是通過I2C寄存器設(shè)置控制各個電源軌的啟動。
• I2C接口：標(biāo)準(zhǔn)I2C接口用于編程SGM3807的參數(shù)并獲取狀態(tài)報告。支持I2C標(biāo)準(zhǔn)模式（高達(dá)100kbit/s）、快速模式（高達(dá)400kbit/s）和快速模式加（高達(dá)1000kbit/s）通信速度。

三、應(yīng)用設(shè)計

3.1 典型應(yīng)用電路

SGM3807適用于dToF模塊應(yīng)用。當(dāng)輸入電壓高于3V時，典型的LDOP輸出為10.3V，負(fù)載能力為100mA；典型的LDON輸出為 -17V，負(fù)載能力為5mA；典型的Buck輸出為0.8V，負(fù)載能力為1.2A。

3.2 外部組件選擇

• SIDO電感：推薦使用4.7μH的電感，所選電感的飽和電流額定值應(yīng)高于2.15A，建議使用村田的DFE252012F - 4R7M。
• Buck電感：SGM3807的Buck轉(zhuǎn)換器設(shè)計為與1μH電感配合使用，建議使用村田的DFE201610E - 1R0M。
• 輸入電容：推薦使用兩個4.7μF的低ESR陶瓷電容作為輸入電容，以實現(xiàn)內(nèi)部電路的去耦和抑制輸入線路的寄生電感。
• SIDO輸出電容：對于SIDO的正輸出和負(fù)輸出，建議使用一個10μF的低ESR陶瓷電容，所選電容應(yīng)具有足夠的電壓額定值，并考慮DC降額。
• Buck輸出電容：推薦使用兩個10μF的低ESR陶瓷電容作為Buck輸出電容，所選電容在0.8V時的有效電容應(yīng)至少為16μF。

3.3 PCB布局考慮

PCB布局在電源設(shè)計中非常重要，不正確的布局可能會導(dǎo)致許多問題，如不穩(wěn)定、負(fù)載和線路瞬態(tài)調(diào)節(jié)問題、輸出電壓噪聲和EMI問題。以下是一些PCB布局指南：

• 為避免開關(guān)電源噪聲對敏感模擬控制電路的電感或電容耦合，SGM3807中有3個獨立的接地（AGND、PGND1和PGND2）。信號接地（AGND）和嘈雜的電源接地（PGND1、PGND2）應(yīng)在PCB上良好分離，并僅在一點連接。
• 開關(guān)節(jié)點（SW、SW_P和SW_N）的走線應(yīng)短而寬。
• 將輸入電容盡可能靠近器件放置在VIN（VIN1、VIN2）上。
• 將輸出電容盡可能靠近器件放置在BUCK、LDOP、LDON、VP和VN上。
• 使用短而寬的走線連接PVIN上的輸入電容和輸出電容。
• 在利用Buck轉(zhuǎn)換器的遠(yuǎn)程傳感功能時，建議對VFBP和VFBN信號進(jìn)行差分布線到遠(yuǎn)程終端。

四、總結(jié)

SGM3807作為一款高性能的電源PMIC，具有豐富的功能和出色的性能，適用于dToF模塊、可穿戴Micro LED產(chǎn)品等多種應(yīng)用場景。在實際設(shè)計中，電子工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇外部組件，并注意PCB布局，以充分發(fā)揮SGM3807的優(yōu)勢，實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的電源管理。你在使用SGM3807的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。