深入解析TPS65137AS：AMOLED顯示電源的理想之選

在當今的電子設備中，AMOLED顯示屏以其高對比度、快速響應和廣視角等優勢，成為了眾多高端設備的首選。而要讓AMOLED顯示屏發揮出最佳性能，一款合適的電源管理芯片至關重要。今天，我們就來深入探討德州儀器（TI）推出的TPS65137AS，一款專為驅動AMOLED顯示屏設計的雙輸出電源芯片。

文件下載：tps65137as.pdf

一、產品概述

TPS65137AS是德州儀器為滿足AMOLED顯示屏對正負電壓供電的需求而設計的一款芯片。它集成了一個帶LDO后置調節器的升壓轉換器和一個反相降壓 - 升壓轉換器，非常適合電池供電的產品。其輸入電壓范圍為2.5V至4.8V，能夠適應多種電源環境；正輸出電壓固定為4.6V，輸出精度可達0.8%；負輸出電壓在 - 2.2V至 - 5.2V之間可通過數字接口進行編程，默認值為 - 4.9V，能夠為AMOLED顯示屏提供穩定可靠的電源。

二、關鍵特性

2.1 寬輸入電壓范圍與高精度輸出

該芯片的輸入電壓范圍為2.5V至4.8V，這使得它可以適配多種電池供電系統。同時，正輸出電壓 (V_{POS}) 的精度達到了0.8%，能夠為AMOLED顯示屏提供穩定的正電壓，確保顯示效果的一致性和穩定性。

2.2 出色的負載與線性調節能力

TPS65137AS采用了新穎的技術，具備出色的線性和負載調節能力。在移動設備中，當手機處于發射周期時，輸入電壓可能會出現波動，而這款芯片能夠有效避免這些輸入電壓干擾對AMOLED顯示屏造成的影響，保證顯示屏的正常顯示。

2.3 數字可編程負輸出電壓

通過數字控制引腳（CTRL），用戶可以以數字步長對負輸出電壓 (V_{NEG}) 進行編程。這種靈活性使得芯片能夠適應不同AMOLED顯示屏對負電壓的需求，提高了芯片的通用性。

2.4 多種保護功能

芯片具備短路保護和熱關斷功能，能夠在出現短路或過熱情況時自動保護芯片，避免芯片損壞，提高了系統的可靠性和穩定性。

2.5 緊湊封裝

采用3mm×3mm 10引腳QFN封裝，體積小巧，適合對空間要求較高的應用場景，如智能手機、平板電腦等。

三、電氣特性

3.1 電源電流與熱保護

• 輸入電壓范圍：2.5V至4.8V，適應多種電源環境。
• 工作靜態電流：在 (V{POS}) 和 (V{NEG}) 無負載時，典型值為16mA。
• 關斷電流：當CTRL引腳接地時，關斷電流僅為0.1μA，有效降低了功耗。
• 欠壓鎖定閾值：輸入電壓下降時為2.0V，上升時為2.3V，確保芯片在合適的電壓范圍內工作。
• 熱關斷溫度：當芯片溫度達到145°C時，自動關斷，保護芯片。

  3.2 正輸出特性

• 正輸出電壓調節：在 - 0.8%至0.8%范圍內，能夠為AMOLED顯示屏提供穩定的正電壓。
• 開關頻率：SWP開關頻率在 (I_{POS}) = 0mA時為1.6MHz。
• 開關電流限制：電感器谷值電流為0.9A至1.2A，確保芯片在正常工作時不會出現過流情況。
• 短路閾值：在工作狀態下，當 (V_{POS}) 下降到3.7V以下時，檢測到短路情況。

  3.3 負輸出特性

• 負輸出電壓范圍： - 2.2V至 - 5.2V，默認值為 - 4.9V。
• 負輸出電壓調節：在不同電壓范圍內，調節精度在 - 1%至1.5%之間。
• 開關頻率：SWN開關頻率在 (I_{NEG}) = 100mA時為1.7MHz。
• 開關電流限制：在 (V_{IN}) = 2.9V時，為1.2A至2.2A。
• 短路閾值：在工作狀態下，電壓下降到420mV以上時，檢測到短路情況；在啟動時，為0.18V至0.24V。

  3.4 CTRL接口特性

• 邏輯高低電平電壓：高電平為1.2V，低電平為0.4V。
• 下拉電阻：范圍在150kΩ至860kΩ之間。
• 初始化時間：典型值為300μs至400μs。
• 關斷時間：30μs至80μs。
• 脈沖高低電平時間：2μs至25μs。
• 數據存儲/接受時間：30μs至80μs。
• CT引腳輸出阻抗：范圍在150kΩ至500kΩ之間。

四、功能與工作原理

4.1 軟啟動與啟動順序

芯片具有軟啟動功能，能夠限制浪涌電流。當CTRL引腳拉高使芯片啟用時，升壓轉換器首先以降低的開關電流限制啟動。在CTRL引腳拉高8ms后，反相降壓 - 升壓轉換器以默認的 - 4.9V值啟動。這種啟動順序有助于保護芯片和AMOLED顯示屏，避免在啟動過程中受到過大的電流沖擊。

4.2 短路保護

芯片具備完善的短路保護功能，能夠防止輸出端對地短路以及輸出端相互短路。在正常工作時，如果 (V{POS}) 低于3.7V超過3ms或 (V{NEG}) 高于編程值420mV超過3ms，芯片將進入關斷狀態并鎖存該狀態，同時斷開輸入和輸出。在啟動過程中，如果出現 (V{POS}) 在CTRL引腳拉高10ms后未達到穩定狀態、 (V{NEG}) 在CTRL引腳拉高10ms后高于閾值水平或 (V{NEG}) 在CTRL引腳拉高20ms后未達到穩定狀態等情況，芯片也將進入關斷狀態并鎖存。要恢復正常工作，需要將 (V{IN}) 降至欠壓鎖定閾值以下或使CTRL引腳先拉低再拉高。

4.3 使能與數字接口

CTRL引腳具有兩個功能，一是用于啟用和禁用芯片，二是用于對芯片的負輸出電壓進行編程。如果不需要數字接口功能，CTRL引腳可以作為標準的使能引腳使用，此時芯片將以 (V{NEG}) 的默認值 - 4.9V啟動。當CTRL引腳拉高時，芯片啟用；當CTRL引腳拉低時，芯片關斷。通過簡單的數字接口，用戶可以根據需要對 (V{NEG}) 進行編程，具體編程方法是根據檢測到的CTRL引腳的上升沿數量來確定 (V_{NEG}) 的值，芯片內部有一個6位DAC來實現這一功能。

4.4 負輸出電壓過渡時間設置

通過在CT引腳連接一個外部電容器，用戶可以設置負輸出電壓 (V{NEG}) 的過渡時間。過渡時間是指 (V{NEG}) 從一個電壓水平移動到下一個編程電壓水平所需的時間。當CT引腳懸空時，設置為最短的過渡時間；當連接電容器時，過渡時間由CT引腳的輸出阻抗（典型值為325kΩ）和外部電容決定，在一個時間常數 (T) 內，輸出電壓 (V_{NEG}) 可達到其編程值的70%，大約經過3個時間常數后，輸出電壓幾乎達到編程值。

五、典型應用與PCB布局

5.1 典型應用電路

典型應用電路中，輸入電壓 (V{IN}) 范圍為2.5V至4.8V，通過升壓轉換器產生4.6V/250mA的正輸出電壓 (V{POS}) ，通過反相降壓 - 升壓轉換器產生 - 4.9V/250mA的負輸出電壓 (V_{NEG}) 。電路中使用了電感、電容等元件，如4.7μH的電感L1和L2，4.7μF的電容C1、C2、C3和C5，以及100nF的電容C4。這些元件的選擇和參數設置對于芯片的性能和穩定性至關重要。

5.2 PCB布局要點

• 電容放置：輸入電容和輸出電容應盡可能靠近芯片，使用短而寬的走線連接輸入電容到 (V_{IN}) 引腳，輸出電容到相應的輸出引腳，以減少線路阻抗和干擾。
• 接地處理：CT電容的接地端應直接連接到GND引腳（引腳6），輸入地和輸出地應在同一電路板層連接，避免通過過孔連接，以降低接地電阻和電磁干擾。
• 整體布局：合理安排各個元件的位置，避免信號干擾，確保芯片的正常工作。

六、總結

TPS65137AS憑借其寬輸入電壓范圍、高精度輸出、出色的調節能力、數字可編程負輸出電壓、多種保護功能以及緊湊的封裝等優勢，成為了驅動AMOLED顯示屏的理想選擇。在實際應用中，工程師們需要根據具體的應用場景和需求，合理選擇元件參數，精心設計PCB布局，以充分發揮該芯片的性能，為AMOLED顯示屏提供穩定可靠的電源。你在使用類似電源芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。