智能手表手环AMOLED显示屏电源芯片SGM38046
品慧电子讯随着电子信息产品屏幕显示技术的演进，AMOLED（Active-Matrix Organic LED）显示屏，即有源矩阵有机发光二极管显示屏，因具有色彩鲜艳、轻薄、主动发光（无需背光源）、视角宽、清晰度高、亮度高、响应快速、能耗低、使用温度范围广、抗震能力强、可实现柔软显示等特点，成为当今高端显示屏的热门选择。智能手环、智能手表等也已全面采用AMOLED显示屏。
SGM38046是一颗专门为智能手环、智能手表等小尺寸AMOLED显示屏提供AVDD、ELVDD、ELVSS的电源管理芯片，在对称电压ELVDD、ELVSS模式下效率优化。
小尺寸AMOLED显示屏电源芯片技术演变路线
影响AMOLED电源器件架构的因素：
● 综合尺寸（多电感、单电感、无电感）；
● 输入电压范围；
● 输出电压配置（非对称电压、对称电压）；
● 负载电流大小。
几种常见的单电感架构：
● 架构A：Boost + NVCP（负压电荷泵）；
● 架构B：Boost/Bypass + LDO + NVCP；
● 架构C：Buck-Boost + LDO + NVCP；
● 架构D：类似SGM38042的SIMO（单电感多输出）架构。
无电感架构：
● SGM38045：无电感架构，且待下回分解。
电荷泵结构简介
图1 几种常见的电荷泵结构示意图
电荷泵结构特点：
● 每使用一个飞电容，需要4个开关管，硅片开销大。
● 在接近整倍率电压下工作时，效率主要由开关组导通电阻决定。
● 小电流高电压场景对开关组导通电阻要求低，效率高，解决方案优势显著。
几种常见小尺寸电源架构的优缺点对比分析
架构A：Boost + NVCP（负压电荷泵）
图2 架构A
优点：
● Boost架构相对简单；
● 外围仅需1L+6C。
缺点：
● 仅2路输出，无AVDD；
● 不适用于高压电池应用，连接充电器输出不稳；
● 需要复杂的负压电荷泵电路，11个开关管，外围器件多；
● 正压效率损失大；
● 不适用于对称电压。
架构B：Boost/Bypass + LDO + NVCP
图3 架构B
优点：
● Boost/Bypass架构AVDD不再受限于输入电压范围；
● 配置相对灵活。
缺点：
● 对称电压应用，VIN高压时效率低下；
● 非对称电压应用，正压效率损失大；
● 不适用更高电压电池、更低输出电压的应用；
● 需要-0.5×CP，12个开关管，外围器件多；
● 外围需要1L+10C。
SGM38042架构：SIMO（单电感多输出）
图4 SGM38042架构
优点：
● 专利电路，分时SIMO架构，电路框架简单；
● 无需负压电荷泵，仅需7个开关管；
● 正负电源纹波抑制，LDO损耗低；
● 输入电压范围宽；
● 外围仅需1L+6C。
缺点：
● AVDD由VIN经LDO输出，电压范围受限于VIN；
● SIMO架构输出正负压，需要采用高耐压器件来实现，效率提升困难。
SGM38046架构
图5 SGM38046架构
优点：
● AVDD不再受限于输入电压范围；
● 适用于对称电压，效率相对较高；
● 适合高压电池应用。
缺点：
● Buck-Boost架构，需要Q1~Q4共4个大管；
● 外围需要1L+9C。
ELVDD/ELVSS为什么要采用对称电压？
对称电压下AMOLED屏的功耗更低：
● 非对称模式下ELVDD/ELVSS采用4.6V/-2.4V总压差7V供电；
● 对称模式下ELVDD/ELVSS采用3.3V/-3.3V总压差6.6V供电；
● 单从工作电压看，非对称情况下7V比对称电压6.6V效率低6.06%。
对称模式下电路架构更简单，如下图所示：
图6 非对称及对称模式下电路示意图
● 非对称模式下负压电荷泵需要7~8个MOSFET；
● 对称模式下负压电荷泵仅需要4个MOSFET。
对称模式的电源拓扑架构比非对称模式更省电，如下图所示：
图7 非对称及对称模式下电路架构
非对称模式下：
● ELVDD需由5.4V产生4.6V，损耗15%；
● AVDD需由5.4V产生3.3V，损耗39%；
● ELVSS需由-2.7V产生-2.4V，损耗11%。
对称模式下：
● ELVDD仅需由3.6V产生3.3V，损耗8.4%；
● AVDD仅需由3.6V产生3.3V，损耗8.4%；
● ELVSS仅需由-3.6V产生-3.3V，损耗8.4%。
两相比较，对称模式下各电源比非对称模式下省电：
● ELVDD省6.6%；
● AVDD省30.6%；
● ELVSS省2.6%。
补充说明：VDD-VSS不对称电压结构是从LCD采用的薄膜晶体管阵列（TFT Matrix）驱动沿袭过来的。演化的小尺寸TFT驱动结构是针对电源电压范围，TFT的开关特性，显示单元驱动要求和既有设计继承的设计综合优化的结果。TFT设计以及尽力降低它和OLED工作电压促成了可以采用对称方式供电；目前受限制于ITO透明引线的特性，在大尺寸应用中尚不能采用对称方式供电。
SGM38046是一颗以对称电压模式优化的小尺寸AMOLED电源芯片（同样支持非对称电压模式工作，但在该模式下性能与其它芯片类似）。
SGM38046主要特性
● 输入电压：2.7V～5.5V；
● AVDD输出电压：3.3V；
● OVDD输出电压：2.8V～4.6V（默认输出电压：3.3V ± 1%，0.1V步进）；
● OVSS输出电压：-0.6V～-4.0V（默认输出电压：3.3V ± 1%，0.1V步进）；
● OVDD & OVSS组合输出电流能力高达90mA；
● 优秀的线性和负载调整率；
● 低纹波和优秀的瞬态响应；
● 输出负载与输入分离；
● 欠压锁定、过流保护、短路保护、过压保护和过温保护功能；
● 轻载效率下节能（Power-Save）模式；
● 关断电流：低于1μA；
● WLCSP-2×2-16B绿色封装。
SGM38046封装及引脚分布
图8 SGM38046封装图
SGM38046典型应用电路图
图9 SGM38046典型应用电路
SGM38046效率曲线
图10 SGM38046效率曲线
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