SGM2037：低噪声、低 dropout 电压的 CMOS 电压调节器

在电子设备的设计中，电压调节器是至关重要的组件，它能为设备提供稳定的电源。今天要介绍的 SGM2037 就是一款性能出色的低噪声、低 dropout 电压线性调节器，下面就来详细了解一下它的特点和应用。

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1. 产品概述

SGM2037 采用 CMOS 技术设计，能够提供 500mA 的输出电流。其工作输入电压范围为 0.8V 至 5.5V，偏置电源电压范围为 2.5V 至 5.5V，输出电压范围为 0.8V 至 3.6V。此外，它还具备逻辑控制的关断模式、短路电流限制和热关断保护等功能，并且在禁用状态下具有自动放电功能，能快速释放输出电压。

SGM2037 适用于对噪声敏感、需要快速瞬态响应和低静态电流消耗的应用，如电池供电设备和智能手机等。它提供了 Green SOT - 23 - 5、SOT - 23 - 6 和 UTDFN - 1.2×1.2 - 6L 三种封装形式，工作温度范围为 - 40℃至 + 125℃。

2. 产品特性

2.1 电气性能

• 输出电流：标称输出电流为 500mA，能满足大多数设备的供电需求。
• 输入电压范围：0.8V 至 5.5V，适应多种电源输入。
• 偏置电压范围：2.5V 至 5.5V，为内部控制电路提供稳定的偏置。
• 输出电压：提供固定输出电压（0.8V、0.9V、1.0V 等多种选择）和可调输出电压（0.8V 至 3.6V），满足不同应用的需求。
• 输出电压精度：在 + 25℃时，输出电压精度为 ± 0.8%，保证了输出电压的稳定性。
• 低压差电压：在 500mA 时，典型压差电压为 120mV，能有效降低功耗。
• 低偏置输入电流：典型偏置输入电流为 37μA，关断状态下典型值为 0.01μA，降低了静态功耗。
• 低噪声：典型噪声为 25μVRMS，适合对噪声敏感的应用。

2.2 保护功能

• 过流和过温保护：能有效保护设备免受过载和过热的损害。
• 快速负载瞬态响应：在负载变化时，能快速调整输出电压，保证设备的稳定运行。
• 逻辑电平使能输入：通过 EN 引脚实现调节器的开关控制，方便灵活。

3. 典型应用电路

3.1 固定电压应用电路

在固定电压应用中，输入电容 (C{IN}) 选用 1μF，输出电容 (C{OUT}) 选用 2.2μF，偏置电容 (C_{BIAS}) 选用 0.1μF。这种电路配置能为设备提供稳定的固定电压输出。

3.2 可调电压应用电路

对于可调电压应用，除了上述电容配置外，还需要连接外部电阻 (R_1) 和 (R2) 到 FB 引脚，通过调整电阻值来实现输出电压的调节。输出电压计算公式为 (V{OUT }=V{FB} timesleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right))，其中 (V{FB}=0.8V)。

4. 引脚配置与描述

4.1 引脚配置

SGM2037 有固定输出和可调输出两种版本，不同封装形式的引脚配置有所不同。

• SGM2037 - 固定输出（SOT - 23 - 5）：1 脚为 IN（输入电压供应引脚），2 脚为 GND（接地），3 脚为 BIAS（偏置电压供应引脚），4 脚为 EN（使能引脚），5 脚为 OUT（调节后的输出电压引脚）。
• SGM2037 - 固定输出（UTDFN - 1.2×1.2 - 6L）：引脚功能与 SOT - 23 - 5 类似，但引脚排列不同。
• SGM2037 - ADJ（SOT - 23 - 6）：除了上述引脚外，5 脚为 FB（反馈引脚，用于可调电压版本）。
• SGM2037 - ADJ（UTDFN - 1.2×1.2 - 6L）：引脚功能与 SOT - 23 - 6 类似。

4.2 引脚描述

• IN 引脚：输入电压供应引脚，为调节器提供输入电源。
• GND 引脚：接地引脚，提供参考电位。
• BIAS 引脚：为内部控制电路提供偏置电压，该引脚由内部欠压锁定电路监控。
• EN 引脚：使能引脚，高电平开启调节器，低电平关闭调节器，内部有下拉电阻，确保引脚浮空时设备关闭。
• OUT 引脚：调节后的输出电压引脚，建议使用有效电容范围为 1pF 至 10pF 的输出电容。
• FB 引脚（可调电压版本）：反馈引脚，连接到外部电阻分压器的中点，用于调整输出电压。

5. 应用信息

5.1 电容选择

• 输入电容 (C_{IN})：为确保设备稳定性，输入去耦电容应尽可能靠近 IN 引脚连接。建议选用 1μF 或更大的 X7R 或 X5R 陶瓷电容，以获得良好的动态性能。当 (V_{IN}) 需要瞬间提供大电流时，需要使用大的有效输入电容，多个输入电容可以限制输入跟踪电感，减少振铃。
• 输出电容 (C_{OUT})：输出去耦电容应尽可能靠近 OUT 引脚。同样建议选用 1μF 或更大的 X7R 或 X5R 陶瓷电容。SGM2037 能保持稳定的 (C{OUT}) 最小有效电容为 1μF。由于陶瓷电容的有效电容会受温度、直流偏置和封装尺寸的影响，设计时需要考虑足够的余量。较大的电容和较低的 ESR (C{OUT}) 有助于提高负载瞬态响应和高频电源抑制比。

5.2 使能操作

通过 EN 引脚可以控制设备的开启和关闭，以及激活或停用输出自动放电功能。当 EN 引脚电压低于 0.25V 时，设备处于关断状态，IN 引脚到 OUT 引脚无电流流动，自动放电晶体管通过 120Ω（典型值）电阻放电输出电压；当 EN 引脚电压高于 1.2V 时，设备处于激活状态，输入电压被调节为输出电压，自动放电晶体管关闭。

5.3 可调调节器

SGM2037 - ADJ 的输出电压可以在 0.8V 至 3.6V 之间调节。通过将 FB 引脚连接到两个外部电阻（如公式 (V{OUT }=V{FB} timesleft(1+frac{R{1}}{R{2}}right)) 所示），选择 (R_{2}=40kΩ) 可以保持 20μA 的最小负载。

5.4 压差电压

SGM2037 有两个压差电压，(V{IN}) 压差电压定义为 (V{OUT}) 比 (V{OUT(NOM)}) 下降 5% 时 (V{IN}) 与 (V{OUT}) 的差值；当输出电压低于 1.5V 时，由于最小偏置工作电压为 2.5V，(V{BIAS}) 压差电压不适用。当 (V{OUT}) 开始下降且 (V{BIAS}) 足够高时，(V{IN}) 压差电压等于 (V{IN }-V{OUT})；当 IN 和 BIAS 引脚连接在一起且 (V{OUT}) 开始下降时，(V{BIAS}) 压差电压指 (V{BIAS }-V_{OUT})。

5.5 输出电流限制和短路保护

当发生过载事件时，输出电流内部限制为 670mA（典型值）；当 OUT 引脚短路到地时，短路保护将输出电流限制为 340mA（典型值）。

5.6 热关断

SGM2037 可以检测芯片温度，当芯片温度超过热关断阈值时，设备将进入关断状态，直到芯片温度降至 + 140℃。

5.7 功耗

热保护限制了 SGM2037 的功耗。当通过元件的功耗 (P{D}=(V{IN }-V{OUT }) ×I{OUT }) 过大，且工作结温超过 + 160℃时，OTP 电路启动热关断功能，关闭通过元件。因此，对所选应用进行热分析对于保证在所有条件下的可靠性能非常重要，为保证可靠运行，SGM2037 的结温不得超过 125℃。最大允许功耗取决于 IC 封装的热阻、PCB 布局、周围气流速率以及结温和环境温度之间的差值，可通过公式 (P{D(MAX)}=left(T{J(MAX)}-T{A}right) / theta{JA}) 近似计算。

5.8 负偏置输出

当输出电压为负时，由于寄生效应，芯片可能无法启动。确保在所有条件下输出大于 - 0.3V。如果应用中预期有过大的负偏置输出，可以在 OUT 引脚和 GND 引脚之间添加一个肖特基二极管。

5.9 反向电流保护

NMOS 功率晶体管有一个固有的体二极管，当 (V{OUT }>V{IN }) 时，体二极管将正向偏置，反向电流从 OUT 引脚流向 IN 引脚会损坏 SGM2037。如果应用中预期 (V{OUT }>(V{IN }+0.3V))，可以在 OUT 引脚和 IN 引脚之间添加一个外部肖特基二极管来保护 SGM2037。

6. 封装与订购信息

不同封装形式的尺寸和推荐焊盘图案也有详细规定，设计时需要根据实际情况进行选择。

7. 总结

SGM2037 是一款性能优越的电压调节器，具有低噪声、低 dropout 电压、快速瞬态响应和多种保护功能等特点，适用于多种电子设备。在设计过程中，需要根据具体应用需求合理选择电容、配置引脚和考虑保护措施，以确保设备的稳定运行。你在使用 SGM2037 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享。