SGM38045無電感電源管理芯片設計方案

一、引言

隨著智能穿戴設備的普及，小尺寸AMOLED顯示屏在智能手環、智能手表等設備中的應用越來越廣泛。這些設備對電源管理芯片的要求越來越高，不僅需要高效率、低功耗，還需要在有限的空間內實現多電壓輸出。圣邦微電子推出的SGM38045無電感電源管理芯片，正是為了滿足這些需求而設計的。本文將詳細介紹SGM38045無電感電源管理芯片的設計方案，包括主控芯片型號、設計中的作用以及詳細型號等。

二、SGM38045芯片概述

SGM38045是圣邦微電子重點推出的一顆專門為智能手環、智能手表等小尺寸AMOLED顯示屏提供AVDD（數字接口電壓）、ELVDD（電致發光正驅動電壓）、ELVSS（電致發光負驅動電壓）的無電感電源管理芯片。其獨特的無電感架構不僅保證了高效率，還省掉了傳統DC/DC架構所需的功率電感，從而消除了終端客戶整機厚度受電感高度制約的問題，并節省了電感的成本。

三、主控芯片型號及作用

1. 主控芯片型號

SGM38045是本次設計的主控芯片，其內部采用×1/×1.5自適應模式電荷泵結構，無需功率電感即可實現多電壓輸出。

2. 在設計中的作用

SGM38045在設計中的主要作用包括：

• 提供穩定的電壓輸出：SGM38045能夠輸出AVDD、ELVDD、ELVSS等多個穩定的工作電壓，滿足AMOLED顯示屏的驅動需求。

• 節省空間：無電感設計使得SGM38045的體積大大減小，非常適合應用于空間有限的智能手環、智能手表等設備中。

• 提高效率：獨特的電荷泵結構使得SGM38045在轉換效率上表現出色，降低了功耗，延長了設備的續航時間。

• 降低成本：省掉了功率電感，不僅降低了材料成本，還簡化了生產工藝，提高了生產效率。

四、SGM38045詳細型號及特性

1. 封裝及引腳布局

SGM38045采用WLCSP-1.2×2.4-17B封裝，其引腳布局方案獨特，允許客戶使用通孔FPC進行設計，避免了常規引腳布局時為防止焊盤過孔漏錫問題而采用盲埋孔工藝的需求。這意味著SGM38045可以支持采用通孔的雙層FPC，從而大幅降低了FPC成本。

2. 輸入電壓范圍

SGM38045的輸入電壓范圍為2.7V至4.8V，這使其能夠適用于多種電源環境，提高了芯片的通用性。

3. 輸出電壓及電流能力

• AVDD輸出電壓：3.3V

• OVDD輸出電壓范圍：2.8V至3.5V（默認輸出：3.3V ±0.9%，0.1V步進）

• OVSS輸出電壓范圍：-2.8V至-3.5V（默認輸出：-3.3V ±0.9%，0.1V步進）

• OVDD&OVSS輸出電流能力：高達70mA

• OVDD-OVSS效率：高達89.2%

4. 工作模式及效率

SGM38045采用×1/×1.5自適應模式電荷泵結構，能夠根據輸入電壓自動調節工作模式。以3.3V輸出為例，當電源電壓VIN高于3.7V時，主電荷泵工作在1倍壓輸出的Bypass直通模式，主輸出電壓VVOP≈VIN；當電源電壓VIN低于3.7V時，主電荷泵工作在1.5倍壓輸出的模式。這種自適應模式使得SGM38045在不同輸入電壓下都能保持高效率。

5. 保護功能

SGM38045內置了欠壓鎖定、過流保護、短路保護和過溫保護等多種保護功能，確保了芯片在異常情況下能夠正常工作，提高了系統的可靠性。

6. 節能模式

在輕載效率下，SGM38045能夠自動進入節能模式，降低功耗，進一步延長設備的續航時間。

7. 關斷電流

SGM38045的關斷電流低于1μA，這使其在待機狀態下幾乎不消耗電能，有助于延長設備的待機時間。

五、SGM38045在AMOLED顯示屏模組中的應用

1. AMOLED顯示驅動原理

AMOLED顯示屏的驅動原理是通過控制像素單元中的MOS管通斷來實現發光。以一個像素單元為例，M1管和M2管都是PMOS管，當VG為負壓低電平時，M1、M2導通，會產生漏極電流IDRIVE，IDRIVE決定OLED發光亮度。VG控制像素單元MOS通斷，VS決定像素點的發光亮度。因此，電源管理芯片需要在非常寬范圍內同時輸出多個穩定的工作電壓，包括電致發光EL的正、負驅動電壓以及數字接口電壓。

2. SGM38045在AMOLED顯示屏模組中的應用

SGM38045的無電感設計使其非常適合應用在AMOLED顯示屏模組上。其獨特的WLCSP-1.2×2.4-17B封裝引腳布局方案允許客戶使用通孔FPC進行設計，這不僅降低了FPC的成本，還使得模組的避空設計更加方便。此外，SGM38045能夠同時輸出AVDD、ELVDD、ELVSS等多個穩定的工作電壓，滿足AMOLED顯示屏的驅動需求。

六、SGM38045設計實例

1. 典型應用電路

SGM38045的典型應用電路包括輸入電源、電荷泵、LDO、輸出濾波電容等部分。輸入電源通過電荷泵升壓或降壓后，經過LDO穩壓輸出AVDD、ELVDD、ELVSS等多個電壓。輸出濾波電容用于平滑輸出電壓，提高穩定性。

2. 設計步驟

1. 確定輸入電壓范圍：根據設備的電源環境，確定SGM38045的輸入電壓范圍。

2. 選擇輸出電壓及電流能力：根據AMOLED顯示屏的驅動需求，選擇SGM38045的輸出電壓及電流能力。

3. 設計電路：根據典型應用電路，設計SGM38045的外圍電路，包括輸入電源、電荷泵、LDO、輸出濾波電容等部分。

4. 仿真與測試：使用仿真軟件對電路進行仿真，驗證其性能是否滿足要求。然后進行實際測試，調整電路參數以達到最佳性能。

3. 注意事項

• 輸入電壓穩定性：確保輸入電壓的穩定性，避免電壓波動對SGM38045性能的影響。

• 散熱設計：在設計中考慮散熱問題，確保SGM38045在工作過程中不會過熱。

• 濾波電容選擇：選擇合適的濾波電容，以平滑輸出電壓，提高穩定性。

七、結論

SGM38045作為一款專為智能手環、智能手表等小尺寸AMOLED顯示屏設計的無電感電源管理芯片，具有高效率、低功耗、節省空間、降低成本等優點。其獨特的無電感架構和自適應模式電荷泵結構使得SGM38045在不同輸入電壓下都能保持高效率，同時提供了多個穩定的工作電壓輸出，滿足了AMOLED顯示屏的驅動需求。通過合理的設計和應用，SGM38045能夠顯著提升智能穿戴設備的性能和用戶體驗。