深入解析TPS65137AS：AMOLED显示电源的理想之选

在当今的电子设备中，AMOLED显示屏以其高对比度、快速响应和广视角等优势，成为了众多高端设备的首选。而要让AMOLED显示屏发挥出最佳性能，一款合适的电源管理芯片至关重要。今天，我们就来深入探讨德州仪器（TI）推出的TPS65137AS，一款专为驱动AMOLED显示屏设计的双输出电源芯片。

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一、产品概述

TPS65137AS是德州仪器为满足AMOLED显示屏对正负电压供电的需求而设计的一款芯片。它集成了一个带LDO后置调节器的升压转换器和一个反相降压 - 升压转换器，非常适合电池供电的产品。其输入电压范围为2.5V至4.8V，能够适应多种电源环境；正输出电压固定为4.6V，输出精度可达0.8%；负输出电压在 - 2.2V至 - 5.2V之间可通过数字接口进行编程，默认值为 - 4.9V，能够为AMOLED显示屏提供稳定可靠的电源。

二、关键特性

2.1 宽输入电压范围与高精度输出

该芯片的输入电压范围为2.5V至4.8V，这使得它可以适配多种电池供电系统。同时，正输出电压 (V_{POS}) 的精度达到了0.8%，能够为AMOLED显示屏提供稳定的正电压，确保显示效果的一致性和稳定性。

2.2 出色的负载与线性调节能力

TPS65137AS采用了新颖的技术，具备出色的线性和负载调节能力。在移动设备中，当手机处于发射周期时，输入电压可能会出现波动，而这款芯片能够有效避免这些输入电压干扰对AMOLED显示屏造成的影响，保证显示屏的正常显示。

2.3 数字可编程负输出电压

通过数字控制引脚（CTRL），用户可以以数字步长对负输出电压 (V_{NEG}) 进行编程。这种灵活性使得芯片能够适应不同AMOLED显示屏对负电压的需求，提高了芯片的通用性。

2.4 多种保护功能

芯片具备短路保护和热关断功能，能够在出现短路或过热情况时自动保护芯片，避免芯片损坏，提高了系统的可靠性和稳定性。

2.5 紧凑封装

采用3mm×3mm 10引脚QFN封装，体积小巧，适合对空间要求较高的应用场景，如智能手机、平板电脑等。

三、电气特性

3.1 电源电流与热保护

• 输入电压范围：2.5V至4.8V，适应多种电源环境。
• 工作静态电流：在 (V{POS}) 和 (V{NEG}) 无负载时，典型值为16mA。
• 关断电流：当CTRL引脚接地时，关断电流仅为0.1μA，有效降低了功耗。
• 欠压锁定阈值：输入电压下降时为2.0V，上升时为2.3V，确保芯片在合适的电压范围内工作。
• 热关断温度：当芯片温度达到145°C时，自动关断，保护芯片。

  3.2 正输出特性

• 正输出电压调节：在 - 0.8%至0.8%范围内，能够为AMOLED显示屏提供稳定的正电压。
• 开关频率：SWP开关频率在 (I_{POS}) = 0mA时为1.6MHz。
• 开关电流限制：电感器谷值电流为0.9A至1.2A，确保芯片在正常工作时不会出现过流情况。
• 短路阈值：在工作状态下，当 (V_{POS}) 下降到3.7V以下时，检测到短路情况。

  3.3 负输出特性

• 负输出电压范围： - 2.2V至 - 5.2V，默认值为 - 4.9V。
• 负输出电压调节：在不同电压范围内，调节精度在 - 1%至1.5%之间。
• 开关频率：SWN开关频率在 (I_{NEG}) = 100mA时为1.7MHz。
• 开关电流限制：在 (V_{IN}) = 2.9V时，为1.2A至2.2A。
• 短路阈值：在工作状态下，电压下降到420mV以上时，检测到短路情况；在启动时，为0.18V至0.24V。

  3.4 CTRL接口特性

• 逻辑高低电平电压：高电平为1.2V，低电平为0.4V。
• 下拉电阻：范围在150kΩ至860kΩ之间。
• 初始化时间：典型值为300μs至400μs。
• 关断时间：30μs至80μs。
• 脉冲高低电平时间：2μs至25μs。
• 数据存储/接受时间：30μs至80μs。
• CT引脚输出阻抗：范围在150kΩ至500kΩ之间。

四、功能与工作原理

4.1 软启动与启动顺序

芯片具有软启动功能，能够限制浪涌电流。当CTRL引脚拉高使芯片启用时，升压转换器首先以降低的开关电流限制启动。在CTRL引脚拉高8ms后，反相降压 - 升压转换器以默认的 - 4.9V值启动。这种启动顺序有助于保护芯片和AMOLED显示屏，避免在启动过程中受到过大的电流冲击。

4.2 短路保护

芯片具备完善的短路保护功能，能够防止输出端对地短路以及输出端相互短路。在正常工作时，如果 (V{POS}) 低于3.7V超过3ms或 (V{NEG}) 高于编程值420mV超过3ms，芯片将进入关断状态并锁存该状态，同时断开输入和输出。在启动过程中，如果出现 (V{POS}) 在CTRL引脚拉高10ms后未达到稳定状态、 (V{NEG}) 在CTRL引脚拉高10ms后高于阈值水平或 (V{NEG}) 在CTRL引脚拉高20ms后未达到稳定状态等情况，芯片也将进入关断状态并锁存。要恢复正常工作，需要将 (V{IN}) 降至欠压锁定阈值以下或使CTRL引脚先拉低再拉高。

4.3 使能与数字接口

CTRL引脚具有两个功能，一是用于启用和禁用芯片，二是用于对芯片的负输出电压进行编程。如果不需要数字接口功能，CTRL引脚可以作为标准的使能引脚使用，此时芯片将以 (V{NEG}) 的默认值 - 4.9V启动。当CTRL引脚拉高时，芯片启用；当CTRL引脚拉低时，芯片关断。通过简单的数字接口，用户可以根据需要对 (V{NEG}) 进行编程，具体编程方法是根据检测到的CTRL引脚的上升沿数量来确定 (V_{NEG}) 的值，芯片内部有一个6位DAC来实现这一功能。

4.4 负输出电压过渡时间设置

通过在CT引脚连接一个外部电容器，用户可以设置负输出电压 (V{NEG}) 的过渡时间。过渡时间是指 (V{NEG}) 从一个电压水平移动到下一个编程电压水平所需的时间。当CT引脚悬空时，设置为最短的过渡时间；当连接电容器时，过渡时间由CT引脚的输出阻抗（典型值为325kΩ）和外部电容决定，在一个时间常数 (T) 内，输出电压 (V_{NEG}) 可达到其编程值的70%，大约经过3个时间常数后，输出电压几乎达到编程值。

五、典型应用与PCB布局

5.1 典型应用电路

典型应用电路中，输入电压 (V{IN}) 范围为2.5V至4.8V，通过升压转换器产生4.6V/250mA的正输出电压 (V{POS}) ，通过反相降压 - 升压转换器产生 - 4.9V/250mA的负输出电压 (V_{NEG}) 。电路中使用了电感、电容等元件，如4.7μH的电感L1和L2，4.7μF的电容C1、C2、C3和C5，以及100nF的电容C4。这些元件的选择和参数设置对于芯片的性能和稳定性至关重要。

5.2 PCB布局要点

• 电容放置：输入电容和输出电容应尽可能靠近芯片，使用短而宽的走线连接输入电容到 (V_{IN}) 引脚，输出电容到相应的输出引脚，以减少线路阻抗和干扰。
• 接地处理：CT电容的接地端应直接连接到GND引脚（引脚6），输入地和输出地应在同一电路板层连接，避免通过过孔连接，以降低接地电阻和电磁干扰。
• 整体布局：合理安排各个元件的位置，避免信号干扰，确保芯片的正常工作。

六、总结

TPS65137AS凭借其宽输入电压范围、高精度输出、出色的调节能力、数字可编程负输出电压、多种保护功能以及紧凑的封装等优势，成为了驱动AMOLED显示屏的理想选择。在实际应用中，工程师们需要根据具体的应用场景和需求，合理选择元件参数，精心设计PCB布局，以充分发挥该芯片的性能，为AMOLED显示屏提供稳定可靠的电源。你在使用类似电源芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。