TPS65642：笔记本、平板和显示器的LCD偏置解决方案

在电子设备的设计中，LCD偏置解决方案对于显示效果的提升至关重要。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）的TPS65642，这是一款专为笔记本电脑、平板电脑和显示器设计的紧凑型LCD偏置解决方案。

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一、TPS65642概述

1.1 特点

• 宽输入电压范围：输入电压范围为2.6 V至6 V，能够适应多种电源环境。
• 多种转换器：包含同步升压转换器（(AV{DD})）、带温度补偿的非同步升压转换器（(V{GH})）、同步降压转换器（(V{CORE})）、同步降压转换器（(V{IO1})）以及低压差线性稳压器（(V_{IO2})），满足不同的电压需求。
• 可编程功能：具备可编程(V_{COM})校准器和14通道、10位可编程伽马电压校正功能，可根据实际需求进行灵活调整。
• 其他特性：具有栅极电压整形、面板放电信号（XAO）、系统复位信号（RST）、片上EEPROM带写保护、(I^{2}C)接口和热关断功能，还支持GIP和非GIP显示器。

1.2 应用领域

主要应用于笔记本电脑、平板电脑和显示器等设备，为这些设备的LCD面板提供稳定的偏置电压。

二、电气规格

2.1 订购信息

TPS65642YFF型号采用3.16 mm × 3.45 mm DSBGA封装，0.4 mm间距，每卷3000个器件。

2.2 绝对最大额定值

• 引脚电压：不同引脚的电压范围有所不同，如VIN、SW2等引脚的电压范围为 -0.3 V至7 V，AVDD、SW1等引脚为 -0.3 V至12 V，SW4引脚可达 -0.3 V至36 V（需外部共源共栅晶体管或电荷泵）。
• ESD额定值：人体模型为2000 V，机器模型为200 V，带电设备模型为700 V。
• 温度范围：环境温度范围为 -40°C至85°C，结温范围为 -40°C至150°C，存储温度范围为 -65°C至150°C。

2.3 热信息

给出了不同热指标，如结到环境热阻（(theta{JA})）为45°C/W，结到顶部热阻（(theta{JCtop})）为0.2等，这些指标对于散热设计非常重要。

2.4 推荐工作条件

详细列出了各个转换器和稳压器的输入电压范围、输出电压范围、输出电流等参数。例如，升压转换器1（(AV_{DD})）的输出电压范围为6 V至9.1 V，在不同输入电压下的输出电流也有所不同。

2.5 电气特性

在特定测试条件下（(V{IN}=3.3 V)，(V{CORE}=1.1 V)等），给出了电源供应、欠压锁定、控制引脚、各转换器和稳压器的输出电压、电流、开关频率等参数的最小值、典型值和最大值。

三、引脚描述

3.1 引脚分配

该文档提供了详细的引脚图和引脚描述表，每个引脚都有明确的功能，如GND为接地引脚，SW2为降压转换器1（(V_{CORE})）的开关引脚等。

四、典型特性

4.1 图表参数

通过一系列图表展示了各个转换器和稳压器的效率、线性调节、负载调节、瞬态响应、输出电压纹波、开关波形和开关频率等特性。例如，升压转换器1在不同输入电压和输出电压下的效率曲线，有助于工程师了解其性能表现。

五、详细描述

5.1 升压转换器1（(AV_{DD})）

• 拓扑结构：采用同步虚拟电流模式拓扑，具有高效率、连续导通模式工作、输入输出隔离等优点。
• 开关频率：可通过MISC寄存器中的FREQ位将标称开关频率编程为750 kHz或1200 kHz。
• 补偿：使用外部补偿网络连接到COMP引脚来稳定反馈环路，不同开关频率下有推荐的补偿组件值。
• 启动和关断：启动时间可通过DLY1寄存器编程，输出电压在(t_{SS2})毫秒内斜坡上升，关断时可通过设置SMODE位控制是否主动放电。

5.2 降压转换器1（(V_{CORE})）

• 拓扑结构：采用恒定关断时间拓扑，具有高效率、快速瞬态响应和恒定纹波电流幅度的特点。
• 输出电压：输出电压可在1 V至1.3 V之间以100 mV步长编程。
• 启动和关断：在降压转换器2和LDO稳压器完成斜坡上升后启动，输出电压在(t_{SS1})毫秒内斜坡上升，关断时输出不主动放电。

5.3 降压转换器2（(V_{IO1})）

与降压转换器1类似，但输出在关断时会主动放电，输出电压可编程为1.7 V、1.8 V或2.5 V。

5.4 LDO稳压器（(V_{IO2})）

由降压转换器2的输出（(V{IO1})）供电，当(V{IO1}=2.5 V)时，输出电压可编程为1.7 V或1.8 V，启动和关断时的输出电压变化与负载有关。

5.5 升压转换器2（(V_{GH})）

• 拓扑结构：采用非同步恒定关断时间拓扑，开关频率根据(V{IN})和(V{GH})自适应调整，工作在不连续导通模式。
• 温度补偿：可进行温度补偿，通过编程VGHHOT和VGHCOLD寄存器设置不同温度下的输出电压，通过选择合适的热敏电阻网络连接到TCOMP引脚来配置温度参数。
• 启动和关断：在(AV{DD})完成斜坡上升后启动，输出电压在(t{SS2})毫秒内斜坡上升，关断时输出不主动放电。

5.6 复位发生器

RST引脚为时序控制器生成低电平有效复位信号，复位脉冲持续时间可通过RESET寄存器编程，RST信号为开漏输出，需要外部上拉电阻。

5.7 栅极电压整形

通过FLK输入控制，可减少LCD面板的图像残留，在启动和关断时有特定的工作模式。不使用该功能时，RE引脚应浮空，FLK引脚可连接到(V_{IN})或GND。

5.8 面板复位 / LCD偏置就绪（XAO）

XAO引脚可用于在启动和关断时复位电平转换器或栅极驱动器IC，工作模式由CONFIG寄存器中的GIP位定义，输出为开漏类型，需要外部上拉电阻。

5.9 可编程VCOM校准器

使用数模转换器（DAC）生成偏移电流，通过外部电阻分压器连接到(AV{DD})，可根据需要生成一个或两个(V{COM})电源电压。在使用运算放大器时，需要注意避免连接纯电容负载和减少寄生电容的影响。

5.10 可编程伽马电压发生器

提供14个参考电压，可通过(I^{2}C)接口单独编程，输出电压与AVDD和编程的数字字有关，输出级适用于高阻抗负载。

5.11 配置

• RAM、EEPROM和写保护：配置参数可通过写入RAM寄存器进行更改，RAM寄存器内容在断电后丢失，可通过写入控制寄存器将配置存储到EEPROM中。WP引脚用于防止配置参数意外更改。
• 配置参数：详细列出了各个寄存器的地址、名称、工厂默认值和描述，包括CONFIG、AVDD、VGHHOT等寄存器，通过这些寄存器可对设备的各种功能进行配置。
• I2C接口：通过(I^{2}C)串行接口对配置参数和(V_{COM})电压进行编程，支持标准（100 kbps）和快速（400 kbps）模式，但存在一个已知的bug，需要注意。

5.12 电源排序

各个转换器和稳压器的启动和关断有特定的顺序，如降压转换器2和LDO稳压器在(V{IN}>V{UVLO})时启动，降压转换器1在(V{IO1})和(V{IO2})完成斜坡上升后启动等。

5.13 欠压锁定

当电源电压过低时，欠压锁定功能会禁用TPS65642，确保设备的正常运行。

六、应用信息

6.1 外部组件选择

选择合适的外部组件对于整体性能至关重要，电感需要有足够的电流能力和低直流电阻，电容需要在实际应用的直流偏置条件下有足够的有效电容。文档提供了一些适合TPS65642的外部组件示例。

6.2 典型应用电路

给出了非GIP和GIP显示器的推荐应用电路，虽然可能需要根据具体应用进行一些小的调整，但基本电路结构相对稳定。

七、总结

TPS65642是一款功能强大的LCD偏置解决方案，具有多种转换器和可编程功能，能够满足笔记本电脑、平板电脑和显示器等设备的需求。在设计过程中，工程师需要根据具体应用场景，合理选择外部组件，正确配置各个寄存器，确保电源排序和欠压锁定等功能的正常运行，以实现最佳的显示效果。你在使用TPS65642的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。