SGM25063 10通道負載開關：高集成度與靈活控制的完美結合

在電子設計領域，負載開關的性能和功能對于系統的穩定性和效率至關重要。今天我們要介紹的SGM25063，是一款由SGMICRO推出的10通道負載開關，它憑借其高集成度、靈活的控制方式以及出色的電氣特性，在眾多應用場景中展現出強大的優勢。

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產品概述

SGM25063是一款五輸入十輸出的高度集成負載開關，每個輸入可支持2個獨立由I2C控制的通道輸出（OUTxA和OUTxB）。該器件包含10個N - MOSFET，能夠以低導通電阻（RDSON）處理輸入1、3的正電壓以及輸入2、4、5的負電壓。通過I2C接口，它可以控制寄存器來設置命令，從而控制負載開關的通斷、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，節省了電路板空間。

產品特性

1. 集成10通道負載開關

提供10個獨立的負載開關通道，滿足多負載應用需求，提高了系統的集成度和設計靈活性。

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電壓，適應不同的電源環境：

• 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. 獨立控制

  OUTxA和OUTxB可獨立控制，方便根據實際需求靈活配置每個通道的通斷狀態。

  4. I2C串行控制

  通過I2C接口可以對負載開關的通斷、快速輸出放電（QOD）、上升時間和電源序列進行編程控制，實現智能化管理。

  5. 低功耗

• 導通狀態：I_{BIAS_ON2} = 146μA（典型值）
• 關斷狀態：I_{BIAS_off} = 0.2μA（典型值）

  6. 低導通電阻

  不同通道具有不同的低導通電阻，確保在導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. 熱關斷保護

  當結溫超過140℃（典型值）時，內部FET會鎖存關閉，保護器件免受過熱損壞。

  8. 靜電放電（ESD）保護

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

應用場景

SGM25063適用于多種電池供電設備，如智能手機、平板電腦、相機、DVR、機頂盒和攝像機等。在這些設備中，它可以有效地管理電源分配，提高系統的效率和穩定性。

電氣特性分析

1. 電源相關參數

• 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。
• 不同狀態下的偏置電流：導通狀態下，I_{BIASON1}和I{BIASON2}在不同溫度下有不同的值；關斷狀態下，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下的泄漏電流都較小，確保了系統的低功耗運行。

  3. 連續電流和短路保護

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

  4. 導通電阻

  不同通道的導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通電阻。

功能實現與控制

1. 通斷控制

每個通道的通斷可以通過I2C寄存器進行控制。當EN控制引腳為高電平時，有兩種方式通過I2C寄存器設置和控制LDSW：一是設置0x01寄存器中的LDSWxx_EN位為1/0來分別啟用/禁用相應通道；二是設置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是設備使能控制引腳，高電平有效。默認通過580kΩ電阻下拉到GND。當EN為高電平時，設備啟用，I2C有效；當EN為低電平時，設備禁用，所有寄存器將重置為默認值，I2C無效。

3. 輸入和輸出電容

為了防止開啟N - MOSFET時產生的浪涌電流導致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，放置在靠近設備引腳處，以防止開關關閉時VOUTx因板載寄生電感而低于GND。

4. VBIAS電源

VBIAS為內部電路（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，默認情況下QOD電路不激活放電。當輸出關閉時，通過設置0x04/05寄存器中的LDSWxx_DIS相關位，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，在短時間內降低輸出引腳電壓。

6. 短路保護定時器

設備會對軟啟動過程進行計時，如果在短路保護定時器到期時軟啟動仍未完成，設備將關閉。

7. 熱關斷

當結溫超過140℃（典型值）時，內部FET鎖存關閉，所有寄存器重置為默認值，I2C無效。QOD功能在熱關斷狀態下啟用。當管芯溫度降至130℃（典型值）以下時，通過重置EN或VBIAS可以重新上電。

I2C數據通信

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是數據線，SCL是時鐘線。SDA（開漏）和SCL引腳都需要通過電阻上拉。通常，產生SCL脈沖的微控制器或DSP作為主設備，SGM25063作為從設備。

2. 起始和停止條件

起始條件是SCL為高電平時，主設備在SDA上產生高到低的轉換；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備產生，在起始和停止之間，總線被認為是忙碌的。

3. 數據位傳輸和有效性

數據位（高或低）必須在時鐘的高電平期間在SDA線上保持穩定，只有當時鐘（SCL）為低電平時，SDA的狀態才會改變。一個時鐘脈沖傳輸一位數據。

4. 字節格式

數據以8位包（每次一個字節）的形式傳輸，事務中的字節數沒有限制。每個數據包中，8位數據按順序發送，最高有效位（MSB）優先。8位數據后面必須跟一個確認（或不確認）位，用于告知發送器接收器是否準備好處理下一個字節。

5. 確認（ACK）和不確認（NCK）

每個字節傳輸后都會進行確認。確認位允許接收器向發送器信號表示字節已成功接收，可以發送下一個字節。所有時鐘脈沖（包括確認的第9個時鐘脈沖）由主設備產生。發送器在確認時鐘脈沖期間釋放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定低電平。當SDA在第9個時鐘脈沖期間保持高電平時，這是不確認信號，主設備可以產生停止信號終止傳輸或重復起始信號開始新的傳輸。

6. 從設備地址和數據方向位

起始后發送從設備地址，該地址為7位，后面跟著第8位作為數據方向位（R/W位）。0表示傳輸（寫），1表示數據請求（讀）。

7. 單讀和單寫

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

  8. 多寫和多讀

• 多寫：先寫入芯片地址和命令起始地址，然后主設備逐字節發送寄存器數據并寫入命令寄存器地址，直到出現停止或重啟。
• 多讀：先寫入芯片地址和命令起始地址，然后讀取芯片地址，之后逐字節發送和讀取寄存器數據，直到出現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值，通過對這些寄存器的設置和讀取，可以實現對設備的各種控制和狀態監測。

封裝信息

SGM25063采用WLCSP - 2.15×1.65 - 20B封裝，提供了詳細的封裝外形尺寸、推薦焊盤圖案以及編帶和卷軸信息，方便工程師進行電路板設計和生產。

總結

SGM25063作為一款高性能的10通道負載開關，具有高集成度、靈活的控制方式、低功耗和出色的保護功能等優點。在電池供電設備等應用場景中，它能夠有效地管理電源分配，提高系統的穩定性和效率。電子工程師在設計相關電路時，可以充分利用SGM25063的這些特性，實現更加優化的設計方案。你在使用類似負載開關時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。