SGM25063 10通道负载开关：高集成度与灵活控制的完美结合

在电子设计领域，负载开关的性能和功能对于系统的稳定性和效率至关重要。今天我们要介绍的SGM25063，是一款由SGMICRO推出的10通道负载开关，它凭借其高集成度、灵活的控制方式以及出色的电气特性，在众多应用场景中展现出强大的优势。

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产品概述

SGM25063是一款五输入十输出的高度集成负载开关，每个输入可支持2个独立由I2C控制的通道输出（OUTxA和OUTxB）。该器件包含10个N - MOSFET，能够以低导通电阻（RDSON）处理输入1、3的正电压以及输入2、4、5的负电压。通过I2C接口，它可以控制寄存器来设置命令，从而控制负载开关的通断、快速输出放电、上升时间和电源序列。SGM25063采用绿色WLCSP - 2.15×1.65 - 20B封装，节省了电路板空间。

产品特性

1. 集成10通道负载开关

提供10个独立的负载开关通道，满足多负载应用需求，提高了系统的集成度和设计灵活性。

2. 宽输入电压范围

BIAS输入电压工作范围为2.3V至5V，各通道输入电压范围覆盖了正负电压，适应不同的电源环境：

• CH1输入电源电压范围：2V至5V
• CH2输入电源电压范围： - 11V至 - 0.4V
• CH3输入电源电压范围：5V至8V
• CH4/5输入电源电压范围： - 13V至 - 5V

  3. 独立控制

  OUTxA和OUTxB可独立控制，方便根据实际需求灵活配置每个通道的通断状态。

  4. I²C串行控制

  通过I²C接口可以对负载开关的通断、快速输出放电（QOD）、上升时间和电源序列进行编程控制，实现智能化管理。

  5. 低功耗

• 导通状态：I_{BIAS_ON2} = 146μA（典型值）
• 关断状态：I_{BIAS_off} = 0.2μA（典型值）

  6. 低导通电阻

  不同通道具有不同的低导通电阻，确保在导通时的功率损耗最小：

• 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. 热关断保护

  当结温超过140℃（典型值）时，内部FET会锁存关闭，保护器件免受过热损坏。

  8. 静电放电（ESD）保护

  HBM可达±4000V，CDM可达±1000V，提高了器件的可靠性和抗干扰能力。

应用场景

SGM25063适用于多种电池供电设备，如智能手机、平板电脑、相机、DVR、机顶盒和摄像机等。在这些设备中，它可以有效地管理电源分配，提高系统的效率和稳定性。

电气特性分析

1. 电源相关参数

• VBIAS电压范围为2.3V至5V，上升阈值为2.1V至2.25V，下降阈值为1.9V至2.1V。
• 不同状态下的偏置电流：导通状态下，I_{BIASON1}和I{BIASON2}在不同温度下有不同的值；关断状态下，I{BIAS_OFF}非常低。

  2. 泄漏电流

  各通道在不同输入电压和工作状态下的泄漏电流都较小，确保了系统的低功耗运行。

  3. 连续电流和短路保护

  各通道具有不同的连续电流承载能力，并且具备短路保护功能，短路保护时间在20ms至28ms之间，电流限制也根据不同通道有所不同。

  4. 导通电阻

  不同通道的导通电阻随温度和输入电压的变化而变化，在典型工作条件下具有较低的导通电阻。

功能实现与控制

1. 通断控制

每个通道的通断可以通过I2C寄存器进行控制。当EN控制引脚为高电平时，有两种方式通过I2C寄存器设置和控制LDSW：一是设置0x01寄存器中的LDSWxx_EN位为1/0来分别启用/禁用相应通道；二是设置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来启用电源通断序列。

2. EN引脚

EN是设备使能控制引脚，高电平有效。默认通过580kΩ电阻下拉到GND。当EN为高电平时，设备启用，I2C有效；当EN为低电平时，设备禁用，所有寄存器将重置为默认值，I2C无效。

3. 输入和输出电容

为了防止开启N - MOSFET时产生的浪涌电流导致VIN下降，建议在INx和GND引脚之间放置0.1μF陶瓷电容；输出电容建议至少为0.1μF，放置在靠近设备引脚处，以防止开关关闭时VOUTx因板载寄生电感而低于GND。

4. VBIAS电源

VBIAS为内部电路（包括控制逻辑、I2C、快速输出放电和电荷泵）供电，支持电压范围为2.3V至5V，建议使用0.1μF或更大的陶瓷电容。

5. 快速输出放电（QOD）

每个通道都具备QOD功能，默认情况下QOD电路不激活放电。当输出关闭时，通过设置0x04/05寄存器中的LDSWxx_DIS相关位，可以启用或禁用QOD功能，使电阻连接OUTx和GND引脚，快速放电输出电容，在短时间内降低输出引脚电压。

6. 短路保护定时器

设备会对软启动过程进行计时，如果在短路保护定时器到期时软启动仍未完成，设备将关闭。

7. 热关断

当结温超过140℃（典型值）时，内部FET锁存关闭，所有寄存器重置为默认值，I2C无效。QOD功能在热关断状态下启用。当管芯温度降至130℃（典型值）以下时，通过重置EN或VBIAS可以重新上电。

I2C数据通信

1. 总线接口

I2C总线是由SDA和SCL组成的2线串行通信接口，SDA是数据线，SCL是时钟线。SDA（开漏）和SCL引脚都需要通过电阻上拉。通常，产生SCL脉冲的微控制器或DSP作为主设备，SGM25063作为从设备。

2. 起始和停止条件

起始条件是SCL为高电平时，主设备在SDA上产生高到低的转换；停止条件是SCL为高电平时，SDA从低到高。起始和停止条件总是由主设备产生，在起始和停止之间，总线被认为是忙碌的。

3. 数据位传输和有效性

数据位（高或低）必须在时钟的高电平期间在SDA线上保持稳定，只有当时钟（SCL）为低电平时，SDA的状态才会改变。一个时钟脉冲传输一位数据。

4. 字节格式

数据以8位包（每次一个字节）的形式传输，事务中的字节数没有限制。每个数据包中，8位数据按顺序发送，最高有效位（MSB）优先。8位数据后面必须跟一个确认（或不确认）位，用于告知发送器接收器是否准备好处理下一个字节。

5. 确认（ACK）和不确认（NCK）

每个字节传输后都会进行确认。确认位允许接收器向发送器信号表示字节已成功接收，可以发送下一个字节。所有时钟脉冲（包括确认的第9个时钟脉冲）由主设备产生。发送器在确认时钟脉冲期间释放SDA线，接收器可以将SDA线拉低并在该时钟脉冲的高电平期间保持稳定低电平。当SDA在第9个时钟脉冲期间保持高电平时，这是不确认信号，主设备可以产生停止信号终止传输或重复起始信号开始新的传输。

6. 从设备地址和数据方向位

起始后发送从设备地址，该地址为7位，后面跟着第8位作为数据方向位（R/W位）。0表示传输（写），1表示数据请求（读）。

7. 单读和单写

• 单写：主设备要写入寄存器时，可直接写入第三个字节。收到ACK后，主设备可以发出停止条件结束事务或发送下一个寄存器数据进行多写，发送最后一个数据后需要停止信号。
• 单读：主设备要读取单个寄存器时，发送新的起始条件和设备地址（RW位 = 1），收到ACK后读取SDA线接收寄存器内容。主设备用NCK告知从设备不需要更多数据（单读）或用ACK请求发送下一个寄存器内容（多读），最后主设备必须发送停止信号结束事务。

  8. 多写和多读

• 多写：先写入芯片地址和命令起始地址，然后主设备逐字节发送寄存器数据并写入命令寄存器地址，直到出现停止或重启。
• 多读：先写入芯片地址和命令起始地址，然后读取芯片地址，之后逐字节发送和读取寄存器数据，直到出现NCK后跟着停止或重启。

寄存器映射

SGM25063的所有寄存器都是8位的，各个位从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，每个寄存器都有其特定的功能和默认值，通过对这些寄存器的设置和读取，可以实现对设备的各种控制和状态监测。

封装信息

SGM25063采用WLCSP - 2.15×1.65 - 20B封装，提供了详细的封装外形尺寸、推荐焊盘图案以及编带和卷轴信息，方便工程师进行电路板设计和生产。

总结

SGM25063作为一款高性能的10通道负载开关，具有高集成度、灵活的控制方式、低功耗和出色的保护功能等优点。在电池供电设备等应用场景中，它能够有效地管理电源分配，提高系统的稳定性和效率。电子工程师在设计相关电路时，可以充分利用SGM25063的这些特性，实现更加优化的设计方案。你在使用类似负载开关时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。