LTC3207/LTC3207 - 1：高度集成的多顯示LED驅(qū)動(dòng)芯片解析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，LED驅(qū)動(dòng)芯片的性能對(duì)于設(shè)備的顯示效果和功耗有著至關(guān)重要的影響。今天，我們就來(lái)深入探討一下Linear Technology Corporation推出的LTC3207/LTC3207 - 1這款高度集成的多顯示LED驅(qū)動(dòng)芯片。

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一、芯片概述

LTC3207/LTC3207 - 1是一款高度集成的多顯示LED驅(qū)動(dòng)芯片，它包含一個(gè)高效、低噪聲的電荷泵，能夠?yàn)?2個(gè)通用LED電流源和1個(gè)相機(jī)LED電流源提供電源。該芯片僅需五個(gè)小陶瓷電容就能構(gòu)成一個(gè)完整的LED電源和電流控制器，并且提供兩個(gè) (I^{2} C) 地址，方便用戶進(jìn)行靈活配置。

二、芯片特性

（一）高性能電源管理

1. 多模式電荷泵：采用低噪聲、多模式（1x、1.5x、2x）電荷泵，最高效率可達(dá)91%。芯片上電時(shí)處于1x模式，此時(shí) (V{BAT}) 直接連接到CPO，能提供最大效率和最小噪聲。當(dāng)檢測(cè)到LED電流源出現(xiàn)壓降時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到1.5x模式，CPO電壓開(kāi)始升高，嘗試達(dá)到 (1.5 x V{BAT})（最高4.55V）；若再次出現(xiàn)壓降，則進(jìn)入2x模式，CPO電壓嘗試達(dá)到 (2 ×V_{BAT})（最高5.05V）。
2. 軟啟動(dòng)功能：芯片在啟動(dòng)時(shí)采用軟啟動(dòng)特性，能有效限制浪涌電流。在進(jìn)入1.5x和2x模式切換開(kāi)始時(shí)，CPO引腳可用電流會(huì)在典型的125μs內(nèi)線性增加，避免了過(guò)大的啟動(dòng)電流對(duì)電路造成沖擊。
3. 電荷泵強(qiáng)度：在1.5x和2x模式下，電荷泵可建模為戴維南等效電路。對(duì)于給定的有效輸入電壓和有效開(kāi)環(huán)輸出電阻 (R{OL}) ，1.5x模式下可用電流為 (frac{1.5 V{B A T}-V{C P O}}{R{O L}}) ，2x模式下為 (frac{2 V{B A T}-V{C P O}}{R_{O L}}) 。通過(guò)提高輸入電壓可以增加可用電流強(qiáng)度，例如從3.1V提高到3.2V，1.5x模式下優(yōu)勢(shì)電壓會(huì)有顯著提升。

（二）靈活的電流控制

1. 通用電流源（ULED1 - ULED12）：共有十二個(gè)通用27.5mA電流源，每個(gè)電流源配備6位線性DAC進(jìn)行電流控制，輸出電流范圍為0到滿量程，共64步。當(dāng)寫入全零數(shù)據(jù)字時(shí)，電流源將被禁用，其電源電流降為零。此外，ULED1 - ULED12還可作為 (I^{2} C) 控制的開(kāi)漏通用輸出使用。
2. 相機(jī)電流源（CAM）：有一個(gè)CAM電流源，采用4位線性DAC進(jìn)行電流控制，輸出電流范圍為0mA到425mA，共16步。同樣，當(dāng)該部分接收到全零數(shù)據(jù)字時(shí)，電流源將被禁用。CAMHL引腳可快速選擇相機(jī)高寄存器，用于閃光應(yīng)用，且在其下降沿會(huì)將電荷泵模式重置為1x。同時(shí)，為了防止過(guò)熱，高電流模式下有2秒的安全定時(shí)器。

（三）豐富的控制功能

1. 獨(dú)立控制：通過(guò) (I^{2} C) 接口，可對(duì)每個(gè)電流源進(jìn)行獨(dú)立的開(kāi)/關(guān)、亮度級(jí)別、閃爍和漸變控制。
2. 閃爍功能：每個(gè)通用輸出（ULED1 - ULED12）可通過(guò) (I^{2} C) 端口設(shè)置為以0.156s或0.625s的間隔閃爍，閃爍周期為1.25s或2.5s。閃爍和漸變速率相互獨(dú)立，且每次閃爍周期結(jié)束后，電荷泵會(huì)重置為1x模式。
3. 漸變功能：通用LED輸出ULED1 - ULED12可通過(guò) (I^{2} C) 端口設(shè)置電流以0.24s、0.48s和0.96s的速率上升和下降。漸變完成后，電荷泵模式將重置為1x。
4. 外部使能控制（ENU）：ENU引腳可在不重新訪問(wèn) (I^{2} C) 端口的情況下啟用或禁用芯片，可用于指示來(lái)電等場(chǎng)景。通過(guò)設(shè)置相關(guān)寄存器，可獨(dú)立控制預(yù)選擇的顯示。當(dāng)ENU控制選定輸出且其他輸出已啟用時(shí)，ENU下降沿會(huì)將電荷泵模式重置為1x；若沒(méi)有其他輸出處于活動(dòng)狀態(tài)，芯片將進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。

（四）低噪聲與保護(hù)特性

1. 低噪聲設(shè)計(jì)：飛行電容引腳C1M、C1P、C2M和C2P的轉(zhuǎn)換速率控制在5ns到10ns范圍內(nèi)，有效降低了傳導(dǎo)和輻射噪聲。
2. 保護(hù)功能：芯片具備短路/熱保護(hù)功能，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)約150°C時(shí)，熱關(guān)斷電路會(huì)自動(dòng)停用輸出電流源和電荷泵，確保芯片安全運(yùn)行。

（五）通信接口

采用 (I^{2} C) 串行接口與主機(jī)通信，支持高達(dá)400kHz的總線速度。有16個(gè)數(shù)據(jù)寄存器、1個(gè)地址寄存器和1個(gè)子地址寄存器，數(shù)據(jù)在SDA輸入的SCL上升沿加載。芯片有兩個(gè) (I^{2} C) 地址，LTC3207的地址是00110110，LTC3207 - 1的地址是00110100。

三、應(yīng)用信息

（一）電容選擇

1. (V_{BAT}) 和CPO電容：為了降低噪聲和紋波，建議使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的陶瓷電容作為 (C{VBAT}) 和 (C{CPO}) 。增大 (C{CPO}) 的值可減少輸出紋波，但會(huì)增加啟動(dòng)電流。1.5x模式下的峰 - 峰值輸出紋波近似為 (frac{V{RIPPLEp - p}=I{OUT }}{3 f{OSC} cdot C_{C P O}}) ，2x模式下輸出紋波非常小。輸出電容的樣式和值會(huì)顯著影響芯片的穩(wěn)定性，為防止振蕩或不穩(wěn)定，輸出電容在所有條件下應(yīng)至少保持3.2μF的電容值，且ESR應(yīng)小于80mΩ。
2. 飛行電容：飛行電容應(yīng)使用陶瓷電容，避免使用極化電容（如鉭或鋁電容）。為達(dá)到額定輸出電流，每個(gè)飛行電容至少需要1.6μF的電容值。不同材料的電容在不同溫度和電壓下的電容保持能力不同，選擇時(shí)應(yīng)參考電容制造商的數(shù)據(jù)表，確保在所有溫度和電壓條件下都能滿足最小電容要求。

（二）布局考慮

由于芯片的高開(kāi)關(guān)頻率和瞬態(tài)電流，需要精心設(shè)計(jì)電路板布局。使用真正的接地平面和短連接到所有電容，可提高性能并確保在所有條件下的正確調(diào)節(jié)。對(duì)于飛行電容引腳，可使用法拉第屏蔽來(lái)解耦電容能量傳輸，將其連接到延伸至芯片的實(shí)心接地平面，以獲得高質(zhì)量的交流接地。

（三）功率效率

芯片的功率效率取決于其工作模式。在未檢測(cè)到壓降時(shí)，作為開(kāi)關(guān)工作，效率近似為 (frac{V{LED }}{V{BAT }}) ；在1.5x升壓模式下，效率類似于具有1.5倍實(shí)際輸入電壓的線性穩(wěn)壓器，理想效率為 (frac{V{LED }}{1.5 cdot V{BAT }}) ；在2x升壓模式下，理想效率為 (frac{V{LED }}{2 cdot V{BAT }}) 。

（四）熱管理

在高輸入電壓和最大輸出電流的情況下，芯片可能會(huì)有較大的功率耗散。為降低最大結(jié)溫，建議將暴露焊盤連接到接地平面，并在芯片下方保持實(shí)心接地平面，以降低封裝和電路板的熱阻。

四、典型應(yīng)用

LTC3207/LTC3207 - 1適用于多種顯示場(chǎng)景，如視頻電話的QVGA + 顯示屏等。在典型應(yīng)用電路中，可驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED，包括主顯示屏LED、副顯示屏LED、RGB指示燈和相機(jī)指示燈等。通過(guò)合理配置芯片的各個(gè)引腳和寄存器，能夠?qū)崿F(xiàn)不同LED的亮度控制、閃爍和漸變效果。

五、相關(guān)部件

Linear Technology Corporation還提供了一系列相關(guān)的LED驅(qū)動(dòng)芯片，如LTC3201、LTC3202等，它們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中各有優(yōu)勢(shì)，工程師可以根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇。

總的來(lái)說(shuō)，LTC3207/LTC3207 - 1以其高性能、靈活性和豐富的功能，為電子設(shè)備的LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，合理選擇電容、優(yōu)化布局，并注意熱管理等問(wèn)題，以充分發(fā)揮芯片的性能。大家在使用這款芯片的過(guò)程中，有沒(méi)有遇到什么特別的問(wèn)題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。