SGM25063 10通道負(fù)載開關(guān)：高集成度與靈活控制的完美結(jié)合

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，負(fù)載開關(guān)的性能和功能對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率至關(guān)重要。今天我們要介紹的SGM25063，是一款由SGMICRO推出的10通道負(fù)載開關(guān)，它憑借其高集成度、靈活的控制方式以及出色的電氣特性，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢。

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產(chǎn)品概述

SGM25063是一款五輸入十輸出的高度集成負(fù)載開關(guān)，每個輸入可支持2個獨(dú)立由I2C控制的通道輸出（OUTxA和OUTxB）。該器件包含10個N - MOSFET，能夠以低導(dǎo)通電阻（RDSON）處理輸入1、3的正電壓以及輸入2、4、5的負(fù)電壓。通過I2C接口，它可以控制寄存器來設(shè)置命令，從而控制負(fù)載開關(guān)的通斷、快速輸出放電、上升時間和電源序列。SGM25063采用綠色WLCSP - 2.15×1.65 - 20B封裝，節(jié)省了電路板空間。

產(chǎn)品特性

1. 集成10通道負(fù)載開關(guān)

提供10個獨(dú)立的負(fù)載開關(guān)通道，滿足多負(fù)載應(yīng)用需求，提高了系統(tǒng)的集成度和設(shè)計(jì)靈活性。

2. 寬輸入電壓范圍

BIAS輸入電壓工作范圍為2.3V至5V，各通道輸入電壓范圍覆蓋了正負(fù)電壓，適應(yīng)不同的電源環(huán)境：

• CH1輸入電源電壓范圍：2V至5V
• CH2輸入電源電壓范圍： - 11V至 - 0.4V
• CH3輸入電源電壓范圍：5V至8V
• CH4/5輸入電源電壓范圍： - 13V至 - 5V

  3. 獨(dú)立控制

  OUTxA和OUTxB可獨(dú)立控制，方便根據(jù)實(shí)際需求靈活配置每個通道的通斷狀態(tài)。

  4. I2C串行控制

  通過I2C接口可以對負(fù)載開關(guān)的通斷、快速輸出放電（QOD）、上升時間和電源序列進(jìn)行編程控制，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

  5. 低功耗

• 導(dǎo)通狀態(tài)：I_{BIAS_ON2} = 146μA（典型值）
• 關(guān)斷狀態(tài)：I_{BIAS_off} = 0.2μA（典型值）

  6. 低導(dǎo)通電阻

  不同通道具有不同的低導(dǎo)通電阻，確保在導(dǎo)通時的功率損耗最小：

• 通道1x：19mΩ（典型值）
• 通道2x：28mΩ（典型值）
• 通道3x：53mΩ（典型值）
• 通道4x：180mΩ（典型值）
• 通道5x：180mΩ（典型值）

  7. 熱關(guān)斷保護(hù)

  當(dāng)結(jié)溫超過140℃（典型值）時，內(nèi)部FET會鎖存關(guān)閉，保護(hù)器件免受過熱損壞。

  8. 靜電放電（ESD）保護(hù)

  HBM可達(dá)±4000V，CDM可達(dá)±1000V，提高了器件的可靠性和抗干擾能力。

應(yīng)用場景

SGM25063適用于多種電池供電設(shè)備，如智能手機(jī)、平板電腦、相機(jī)、DVR、機(jī)頂盒和攝像機(jī)等。在這些設(shè)備中，它可以有效地管理電源分配，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。

電氣特性分析

1. 電源相關(guān)參數(shù)

• VBIAS電壓范圍為2.3V至5V，上升閾值為2.1V至2.25V，下降閾值為1.9V至2.1V。
• 不同狀態(tài)下的偏置電流：導(dǎo)通狀態(tài)下，I_{BIASON1}和I{BIASON2}在不同溫度下有不同的值；關(guān)斷狀態(tài)下，I{BIAS_OFF}非常低。

  2. 泄漏電流

  各通道在不同輸入電壓和工作狀態(tài)下的泄漏電流都較小，確保了系統(tǒng)的低功耗運(yùn)行。

  3. 連續(xù)電流和短路保護(hù)

  各通道具有不同的連續(xù)電流承載能力，并且具備短路保護(hù)功能，短路保護(hù)時間在20ms至28ms之間，電流限制也根據(jù)不同通道有所不同。

  4. 導(dǎo)通電阻

  不同通道的導(dǎo)通電阻隨溫度和輸入電壓的變化而變化，在典型工作條件下具有較低的導(dǎo)通電阻。

功能實(shí)現(xiàn)與控制

1. 通斷控制

每個通道的通斷可以通過I2C寄存器進(jìn)行控制。當(dāng)EN控制引腳為高電平時，有兩種方式通過I2C寄存器設(shè)置和控制LDSW：一是設(shè)置0x01寄存器中的LDSWxx_EN位為1/0來分別啟用/禁用相應(yīng)通道；二是設(shè)置0x02寄存器中的Power_On_Seq_A/B_CTRL或0x03寄存器中的Power_Off_Seq_A/B_CTRL來啟用電源通斷序列。

2. EN引腳

EN是設(shè)備使能控制引腳，高電平有效。默認(rèn)通過580kΩ電阻下拉到GND。當(dāng)EN為高電平時，設(shè)備啟用，I2C有效；當(dāng)EN為低電平時，設(shè)備禁用，所有寄存器將重置為默認(rèn)值，I2C無效。

3. 輸入和輸出電容

為了防止開啟N - MOSFET時產(chǎn)生的浪涌電流導(dǎo)致VIN下降，建議在INx和GND引腳之間放置0.1μF陶瓷電容；輸出電容建議至少為0.1μF，放置在靠近設(shè)備引腳處，以防止開關(guān)關(guān)閉時VOUTx因板載寄生電感而低于GND。

4. VBIAS電源

VBIAS為內(nèi)部電路（包括控制邏輯、I2C、快速輸出放電和電荷泵）供電，支持電壓范圍為2.3V至5V，建議使用0.1μF或更大的陶瓷電容。

5. 快速輸出放電（QOD）

每個通道都具備QOD功能，默認(rèn)情況下QOD電路不激活放電。當(dāng)輸出關(guān)閉時，通過設(shè)置0x04/05寄存器中的LDSWxx_DIS相關(guān)位，可以啟用或禁用QOD功能，使電阻連接OUTx和GND引腳，快速放電輸出電容，在短時間內(nèi)降低輸出引腳電壓。

6. 短路保護(hù)定時器

設(shè)備會對軟啟動過程進(jìn)行計(jì)時，如果在短路保護(hù)定時器到期時軟啟動仍未完成，設(shè)備將關(guān)閉。

7. 熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫超過140℃（典型值）時，內(nèi)部FET鎖存關(guān)閉，所有寄存器重置為默認(rèn)值，I2C無效。QOD功能在熱關(guān)斷狀態(tài)下啟用。當(dāng)管芯溫度降至130℃（典型值）以下時，通過重置EN或VBIAS可以重新上電。

I2C數(shù)據(jù)通信

1. 總線接口

I2C總線是由SDA和SCL組成的2線串行通信接口，SDA是數(shù)據(jù)線，SCL是時鐘線。SDA（開漏）和SCL引腳都需要通過電阻上拉。通常，產(chǎn)生SCL脈沖的微控制器或DSP作為主設(shè)備，SGM25063作為從設(shè)備。

2. 起始和停止條件

起始條件是SCL為高電平時，主設(shè)備在SDA上產(chǎn)生高到低的轉(zhuǎn)換；停止條件是SCL為高電平時，SDA從低到高。起始和停止條件總是由主設(shè)備產(chǎn)生，在起始和停止之間，總線被認(rèn)為是忙碌的。

3. 數(shù)據(jù)位傳輸和有效性

數(shù)據(jù)位（高或低）必須在時鐘的高電平期間在SDA線上保持穩(wěn)定，只有當(dāng)時鐘（SCL）為低電平時，SDA的狀態(tài)才會改變。一個時鐘脈沖傳輸一位數(shù)據(jù)。

4. 字節(jié)格式

數(shù)據(jù)以8位包（每次一個字節(jié)）的形式傳輸，事務(wù)中的字節(jié)數(shù)沒有限制。每個數(shù)據(jù)包中，8位數(shù)據(jù)按順序發(fā)送，最高有效位（MSB）優(yōu)先。8位數(shù)據(jù)后面必須跟一個確認(rèn)（或不確認(rèn)）位，用于告知發(fā)送器接收器是否準(zhǔn)備好處理下一個字節(jié)。

5. 確認(rèn)（ACK）和不確認(rèn)（NCK）

每個字節(jié)傳輸后都會進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)位允許接收器向發(fā)送器信號表示字節(jié)已成功接收，可以發(fā)送下一個字節(jié)。所有時鐘脈沖（包括確認(rèn)的第9個時鐘脈沖）由主設(shè)備產(chǎn)生。發(fā)送器在確認(rèn)時鐘脈沖期間釋放SDA線，接收器可以將SDA線拉低并在該時鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定低電平。當(dāng)SDA在第9個時鐘脈沖期間保持高電平時，這是不確認(rèn)信號，主設(shè)備可以產(chǎn)生停止信號終止傳輸或重復(fù)起始信號開始新的傳輸。

6. 從設(shè)備地址和數(shù)據(jù)方向位

起始后發(fā)送從設(shè)備地址，該地址為7位，后面跟著第8位作為數(shù)據(jù)方向位（R/W位）。0表示傳輸（寫），1表示數(shù)據(jù)請求（讀）。

7. 單讀和單寫

• 單寫：主設(shè)備要寫入寄存器時，可直接寫入第三個字節(jié)。收到ACK后，主設(shè)備可以發(fā)出停止條件結(jié)束事務(wù)或發(fā)送下一個寄存器數(shù)據(jù)進(jìn)行多寫，發(fā)送最后一個數(shù)據(jù)后需要停止信號。
• 單讀：主設(shè)備要讀取單個寄存器時，發(fā)送新的起始條件和設(shè)備地址（RW位 = 1），收到ACK后讀取SDA線接收寄存器內(nèi)容。主設(shè)備用NCK告知從設(shè)備不需要更多數(shù)據(jù)（單讀）或用ACK請求發(fā)送下一個寄存器內(nèi)容（多讀），最后主設(shè)備必須發(fā)送停止信號結(jié)束事務(wù)。

  8. 多寫和多讀

• 多寫：先寫入芯片地址和命令起始地址，然后主設(shè)備逐字節(jié)發(fā)送寄存器數(shù)據(jù)并寫入命令寄存器地址，直到出現(xiàn)停止或重啟。
• 多讀：先寫入芯片地址和命令起始地址，然后讀取芯片地址，之后逐字節(jié)發(fā)送和讀取寄存器數(shù)據(jù)，直到出現(xiàn)NCK后跟著停止或重啟。

寄存器映射

SGM25063的所有寄存器都是8位的，各個位從D[0]（LSB）到D[7]（MSB）命名。主要寄存器包括CHIPID、LDSW_EN、LDSW_POWER_ON_SEQ、LDSW_POWER_OFF_SEQ、LDSW_A_DIS、LDSW_B_DIS、LDSW_A_SF、LDSW_B_SF、LDSW_A_PG、LDSW_B_PG、OT_FLAG、A_SCP_FLAG和B_SCP_FLAG等，每個寄存器都有其特定的功能和默認(rèn)值，通過對這些寄存器的設(shè)置和讀取，可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的各種控制和狀態(tài)監(jiān)測。

封裝信息

SGM25063采用WLCSP - 2.15×1.65 - 20B封裝，提供了詳細(xì)的封裝外形尺寸、推薦焊盤圖案以及編帶和卷軸信息，方便工程師進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

總結(jié)

SGM25063作為一款高性能的10通道負(fù)載開關(guān)，具有高集成度、靈活的控制方式、低功耗和出色的保護(hù)功能等優(yōu)點(diǎn)。在電池供電設(shè)備等應(yīng)用場景中，它能夠有效地管理電源分配，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時，可以充分利用SGM25063的這些特性，實(shí)現(xiàn)更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。你在使用類似負(fù)載開關(guān)時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。