深入解析 onsemi FAN53870/FAN53871 PMIC：多功能電源管理的理想之選

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，電源管理芯片（PMIC）扮演著至關(guān)重要的角色，尤其是在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，對(duì)電源的高效管理和穩(wěn)定輸出有著極高的要求。onsemi 的 FAN53870 和 FAN53871 系列 PMIC 專(zhuān)為移動(dòng)電源應(yīng)用的相機(jī)模塊而設(shè)計(jì)，集成了多個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO），為電子工程師提供了強(qiáng)大而靈活的電源解決方案。

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產(chǎn)品概述

FAN53870 系列是低靜態(tài)電流（Iq）的 PMIC，適用于電池供電的移動(dòng)應(yīng)用。它集成了七個(gè) LDO，包括兩個(gè)高功率 LDO 用于數(shù)字核心供電，三個(gè)超低噪聲、高電源抑制比（PSRR）的 LDO 為敏感的模擬/RF 電路負(fù)載供電，以及兩個(gè)通用 LDO 提供出色的整體性能。該產(chǎn)品采用 20 凸點(diǎn)、0.35mm 間距的晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（WLCSP），具有小尺寸的特點(diǎn)，非常適合空間受限的應(yīng)用。

主要特性

• 輸出電流能力多樣：LDO1 和 LDO2 分別有 1A 和 1.2A 的輸出電流能力選項(xiàng)，而 LDO3 - LDO7 則具有 300mA 的輸出電流能力。
• 可編程輸出電壓：LDO1 和 LDO2 的輸出電壓可在 0.8V 至 1.5V 之間以 8mV 的步長(zhǎng)進(jìn)行編程，LDO3 - LDO7 的輸出電壓可在 1.5V 至 3.4V 之間以 8mV 的步長(zhǎng)進(jìn)行編程。
• 寬輸入電壓范圍：LDO1 和 LDO2 的輸入電壓范圍為 1.0V 至 2.0V，LDO3 - LDO7 的輸入電壓范圍為 1.9V 至 5.5V。
• 高精度輸出：LDO1 和 LDO2 的輸出電壓精度為 ±1.5%，LDO5 - LDO7 的輸出電壓精度為 ±2.0%。
• 低噪聲和高 PSRR：LDO3 - LDO5 具有超低噪聲和高 PSRR 特性，適合對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用。
• 軟啟動(dòng)功能：所有 LDO 都具有軟啟動(dòng)功能，可限制浪涌電流。
• 可編程電源啟動(dòng)/關(guān)閉順序：通過(guò)專(zhuān)用寄存器可以對(duì)電源的啟動(dòng)和關(guān)閉順序進(jìn)行編程和控制。
• 保護(hù)功能齊全：具備過(guò)流保護(hù)（OCP）、欠壓保護(hù)（UVP）、欠壓鎖定（UVLO）和熱保護(hù)等多種保護(hù)功能，確保系統(tǒng)的可靠性。
• I2C 控制：通過(guò) I2C 接口可以對(duì)輸出電壓和各種功能進(jìn)行編程。

電氣特性

電源相關(guān)特性

• 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)系統(tǒng)電源電壓（VSYS）或 LDO 的輸入電壓低于其 UVLO 上升閾值時(shí)，相應(yīng)的 UVLO 中斷位和狀態(tài)位將被設(shè)置，中斷引腳將被置高。當(dāng)電壓低于 UVLO 下降閾值時(shí)，LDO 將關(guān)閉，并發(fā)出 UVLO 中斷。在輸入電壓上升到 UVLO 上升閾值以上后，LDO 將嘗試重啟。
• 熱管理：當(dāng)芯片溫度達(dá)到 125°C 時(shí)，熱警告狀態(tài)位將被設(shè)置為“1”，直到溫度下降到 110°C。當(dāng)溫度繼續(xù)上升到 140°C 時(shí)，將觸發(fā)熱關(guān)斷事件，所有 LDO 將被禁用，熱關(guān)斷中斷位將被設(shè)置，但 I2C 通信仍可進(jìn)行。

LDO 特性

• 靜態(tài)電流：不同 LDO 的靜態(tài)電流在不同條件下有所不同，例如 LDO3 和 LDO4 在禁用時(shí)的靜態(tài)電流為 63μA。
• 輸出電壓精度：如前文所述，LDO1 和 LDO2 的輸出電壓精度為 ±1.5%，LDO5 - LDO7 的輸出電壓精度為 ±2.0%。
• 壓差電壓：不同 LDO 的壓差電壓在不同負(fù)載電流和輸出電壓條件下有所不同，例如 LDO1 和 LDO2 在特定條件下的壓差電壓最大為 200mV。
• 電流限制：每個(gè) LDO 的電流限制可以通過(guò) I2C 接口進(jìn)行編程，以保護(hù) LDO 免受過(guò)載和短路的影響。

I2C 特性

• 接口兼容性：FAN53870 的 I2C 接口兼容標(biāo)準(zhǔn)、快速和快速增強(qiáng)模式的 I2C 總線規(guī)范。
• 從地址：默認(rèn)的 I2C 從地址在不同型號(hào)中有所不同，例如 FAN53870 的默認(rèn)地址為 7’h35，F(xiàn)AN53871 的默認(rèn)地址為 7’h20。
• 總線時(shí)序：數(shù)據(jù)通常在 SCL 為低電平時(shí)傳輸，在 SCL 的上升沿進(jìn)行時(shí)鐘同步。每個(gè)總線事務(wù)以 SDA 和 SCL 為高電平開(kāi)始和結(jié)束，通過(guò) START 和 STOP 條件來(lái)定義事務(wù)的開(kāi)始和結(jié)束。

功能規(guī)格

設(shè)備操作

FAN53870 可以通過(guò) I2C 接口對(duì)其各種功能進(jìn)行編程。每個(gè) LDO 可以獨(dú)立啟用或禁用，通過(guò)設(shè)置 ENABLE 寄存器中的 LDOx_EN 位來(lái)實(shí)現(xiàn)。在啟用 LDO 時(shí)，內(nèi)部軟啟動(dòng)功能可以限制浪涌電流。

保護(hù)功能

• 過(guò)流保護(hù)（OCP）：當(dāng)發(fā)生過(guò)載事件時(shí)，電流將自動(dòng)限制到編程的電流限制值。如果 LDO 在電流限制狀態(tài)下持續(xù)超過(guò) 1ms，OCP 中斷位將被設(shè)置，中斷引腳將被置高，LDO 將永久關(guān)閉。
• 欠壓保護(hù)（UVP）：如果輸出電壓下降到目標(biāo)輸出電壓的約 20%（LDO1 和 LDO2 為 10%）以下，UVP 狀態(tài)位將被設(shè)置。如果故障持續(xù)超過(guò) 50μs，UVP 中斷位將被設(shè)置，中斷引腳將被置高，LDO 將被禁用。
• 4 - 故障關(guān)斷：為了防止 LDO 或 IC 本身的重復(fù)啟動(dòng)和故障，檢測(cè)到 4 次故障將導(dǎo)致 LDO 或整個(gè) IC 永久關(guān)閉。

復(fù)位功能

當(dāng) RESET_B 引腳被拉低時(shí)，INTERRUPTx 和 STATUSx 位將被清除，所有其他寄存器將保持其編程值，但 I2C 通信將被禁用。當(dāng) RESET_B 引腳被拉高時(shí)，I2C 模塊將被打開(kāi)。

電源啟動(dòng)/關(guān)閉順序

可以使用專(zhuān)用寄存器 xxxx_SEQ 和 SEQUENCING 對(duì)電源的啟動(dòng)和關(guān)閉順序進(jìn)行編程和控制。如果在啟動(dòng)序列中某個(gè) LDO 發(fā)生故障，其他 LDO 仍將按照其分配的時(shí)間槽啟動(dòng)。

I2C 功能

• 接口：SCL 線是輸入，SDA 線是雙向開(kāi)漏輸出。所有數(shù)據(jù)以 MSB（位 7）優(yōu)先的方式進(jìn)行移位。
• 從地址：默認(rèn)的 I2C 從地址可以通過(guò) I2C_ADDR_SEL 寄存器進(jìn)行更改。
• 讀寫(xiě)事務(wù)：支持單字節(jié)和多字節(jié)（順序）讀寫(xiě)事務(wù)，通過(guò)不同的命令和操作來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。

寄存器映射

FAN53870 具有多個(gè)寄存器，用于控制和監(jiān)測(cè)各種功能。這些寄存器包括產(chǎn)品 ID、硅版本 ID、輸出電流限制、使能位、輸出電壓設(shè)置、電源啟動(dòng)順序、放電控制、復(fù)位控制、I2C 地址選擇等。每個(gè)寄存器的具體位定義和功能在數(shù)據(jù)手冊(cè)中有詳細(xì)說(shuō)明。

應(yīng)用指南

LDO 輸入電容考慮

如果使用長(zhǎng)導(dǎo)線為評(píng)估板供電，應(yīng)在評(píng)估板上的 CIN 和電源引線之間放置額外的“大容量”電容（電解或鉭電容），以減少電源引線電感和 CIN 之間可能發(fā)生的振鈴。輸入電容應(yīng)使用具有足夠電壓額定值的 X5R 和 X7R 陶瓷電容。

LDO 輸出電容考慮

FAN53870 的 LDO 在出廠時(shí)針對(duì)不同的輸出電容范圍進(jìn)行了設(shè)置，LDO1 和 LDO2 的輸出電容范圍為 5.5 至 17μF（無(wú)偏置），LDO3 - LDO7 的輸出電容范圍為 1.0 至 4.7μF（無(wú)偏置）。所有 LDO 可以在工廠進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)最大 47μF（無(wú)偏置）的總電容。在評(píng)估和訂購(gòu) FAN53870 時(shí)，應(yīng)與 onsemi 代表指定每個(gè) LDO 輸出的電容值，以確保最佳性能和穩(wěn)定性。輸出電容也應(yīng)使用具有足夠電壓額定值的 X5R 和 X7R 陶瓷電容。

PCB 布局建議

輸入和輸出電容應(yīng)盡可能靠近相關(guān)的電源引腳放置。電容的接地端應(yīng)連接到良好的接地平面，最好是在電路板的表面。輸入電源應(yīng)先路由到輸入電容，然后再連接到 IC 的輸入引腳。對(duì)于來(lái)自其他層的電源，應(yīng)通過(guò)焊盤(pán)中的過(guò)孔或靠近電容正極端的過(guò)孔路由到電容層。LDO 輸出的電源走線應(yīng)先連接到輸出電容，然后再根據(jù)需要連接到其他層。

總結(jié)

onsemi 的 FAN53870 和 FAN53871 系列 PMIC 提供了豐富的功能和出色的性能，適用于各種移動(dòng)電源應(yīng)用。其集成的多個(gè) LDO 可以滿(mǎn)足不同子系統(tǒng)的電源需求，同時(shí)具備多種保護(hù)功能和可編程特性，為電子工程師提供了靈活的設(shè)計(jì)選擇。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理考慮 LDO 輸入和輸出電容以及 PCB 布局，將有助于充分發(fā)揮該 PMIC 的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理。你在使用 FAN53870/FAN53871 過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。