MAX77640/MAX77641：超低壓功耗PMIC的卓越之選

引言

在當(dāng)今電子設(shè)備追求小型化、低功耗和高效能的時(shí)代，電源管理集成電路（PMIC）的性能顯得尤為關(guān)鍵。MAX77640/MAX77641作為一款超低壓功耗的PMIC，為眾多對(duì)尺寸和效率要求苛刻的應(yīng)用提供了理想的解決方案。本文將深入剖析這款PMIC的特性、應(yīng)用場景以及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，幫助電子工程師更好地了解和應(yīng)用該產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

MAX77640/MAX77641是一款專為對(duì)尺寸和效率有嚴(yán)格要求的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的低IQ電源解決方案。它集成了一個(gè)3輸出單電感多輸出（SIMO）降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器、一個(gè)150mA的低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）以及一個(gè)3通道電流吸收驅(qū)動(dòng)器。該器件采用30凸點(diǎn)晶圓級(jí)封裝（WLP），總解決方案尺寸僅為16mm2，非常適合空間受限的應(yīng)用。

應(yīng)用場景

• 可聽設(shè)備：如藍(lán)牙耳機(jī)和耳塞，對(duì)電源的尺寸和功耗要求極高，MAX77640/MAX77641能夠滿足其低功耗和小尺寸的需求。
• 可穿戴設(shè)備：包括健身、健康和活動(dòng)監(jiān)測器等，需要長時(shí)間的電池續(xù)航能力，該P(yáng)MIC的低靜態(tài)電流和高效能特性有助于延長設(shè)備的使用時(shí)間。
• 運(yùn)動(dòng)相機(jī)和可穿戴相機(jī)：在保證高性能的同時(shí)，對(duì)電源的穩(wěn)定性和效率也有較高要求，MAX77640/MAX77641可以提供穩(wěn)定的電源輸出。
• 物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：各種物聯(lián)網(wǎng)小工具對(duì)電源的尺寸、功耗和效率都有嚴(yán)格的要求，這款PMIC能夠滿足其多樣化的需求。

產(chǎn)品特性與優(yōu)勢

緊湊高效的電源解決方案

• 3輸出單電感多輸出（SIMO）降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器：SIMO調(diào)節(jié)器能夠在2.7V至5.5V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，輸出電壓可在0.8V至5.25V之間獨(dú)立編程，每個(gè)輸出都具備降壓 - 升壓功能，且在降壓和升壓操作之間實(shí)現(xiàn)無干擾過渡。該調(diào)節(jié)器能夠支持超過300mA的負(fù)載（1.8VOUT，3.7VIN），有效延長了電池壽命。
• 150mA LDO：為對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用提供紋波抑制功能，確保電源的穩(wěn)定性和純凈度。
• 3通道電流吸收驅(qū)動(dòng)器：可通過編程實(shí)現(xiàn)LED的自定義閃爍模式，滿足不同的顯示需求。
• 靈活的電源排序：集成了電源排序器，可控制每個(gè)輸出的上電/下電順序，默認(rèn)輸出電壓和順序可在工廠進(jìn)行編程，還可通過I2C串行接口進(jìn)一步配置。

低靜態(tài)電流

• 關(guān)機(jī)電流：僅為300nA，有效降低了設(shè)備在待機(jī)狀態(tài)下的功耗。
• 工作電流：當(dāng)3個(gè)SIMO通道和LDO都開啟時(shí)，工作電流僅為5.6μA，顯著提高了系統(tǒng)的整體效率。

小尺寸封裝

采用2.75mm x 2.15mm（最大高度0.7mm）的30凸點(diǎn)WLP封裝，0.4mm間距，6 x 5陣列，總解決方案尺寸僅為16mm2，非常適合對(duì)空間要求苛刻的應(yīng)用。

電氣特性分析

頂級(jí)電氣特性

• 工作電壓范圍：VSYS為2.7V至5.5V，能夠適應(yīng)不同的電源輸入。
• 關(guān)機(jī)電源電流：在不同工作模式下，關(guān)機(jī)電源電流在0.3μA至28μA之間，體現(xiàn)了其低功耗的特性。
• 靜態(tài)電源電流：在不同工作模式下，靜態(tài)電源電流在5.6μA至60μA之間，確保了系統(tǒng)在正常工作時(shí)的低功耗。
• 電源復(fù)位（POR）：POR閾值為1.6V至2.1V，具有100mV的滯后，保證了系統(tǒng)在電源上電時(shí)的穩(wěn)定性。
• 欠壓鎖定（UVLO）：UVLO閾值可根據(jù)不同的配置在2.5V至2.95V之間調(diào)整，具有300mV的滯后，防止系統(tǒng)在欠壓情況下工作。
• 過壓鎖定（OVLO）：OVLO閾值為5.70V至6.00V，確保系統(tǒng)在過壓情況下的安全性。
• 熱監(jiān)測：過溫鎖定閾值為165°C，熱報(bào)警溫度分別為80°C和100°C，具有15°C的滯后，保護(hù)系統(tǒng)免受過熱損壞。

SIMO降壓 - 升壓電氣特性

• 輸出電壓范圍：不同通道的輸出電壓范圍有所不同，如SBB0的輸出電壓范圍為0.8V至2.375V，SBB1和SBB2的輸出電壓范圍根據(jù)不同型號(hào)有所差異。
• 靜態(tài)輸出電壓精度：在不同溫度條件下，輸出電壓精度在±2.5%至±4.0%之間，保證了輸出電壓的穩(wěn)定性。
• 定時(shí)特性：使能延遲為60μs，軟啟動(dòng)斜率為3.3mV/μs至6.6mV/μs，確保了系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。
• 功率級(jí)特性：LXA、LXB和BST的泄漏電流在不同溫度條件下均控制在較低水平，保證了系統(tǒng)的效率。

LDO電氣特性

• 輸入電壓：輸入電壓范圍為1.8V至5.5V，能夠適應(yīng)不同的電源輸入。
• LDO關(guān)機(jī)電流：最大為1μA，降低了系統(tǒng)在關(guān)機(jī)狀態(tài)下的功耗。
• LDO靜態(tài)電源電流：在不同工作條件下，靜態(tài)電源電流在1.7μA至5.15μA之間，確保了系統(tǒng)在正常工作時(shí)的低功耗。
• 最大輸出電流：為150mA，能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。
• 電流限制：典型電流限制為255mA，提供了短路保護(hù)功能。
• 輸出電壓范圍：輸出電壓可在1.35V至2.9375V之間以12.5mV的步長進(jìn)行編程，滿足不同的應(yīng)用需求。
• 靜態(tài)特性：初始輸出電壓精度在±2.5%以內(nèi)，輸出電壓精度在±3%以內(nèi)，保證了輸出電壓的穩(wěn)定性。
• 定時(shí)特性：使能延遲為0.6ms至1.25ms，軟啟動(dòng)斜率為0.5mV/μs至2.50mV/μs，確保了系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)的平穩(wěn)性。
• 功率級(jí)特性：壓降電壓為90mV至180mV，壓降導(dǎo)通電阻在不同溫度條件下有所差異，保證了系統(tǒng)的效率。

電流吸收器電氣特性

• 電流吸收器靜態(tài)電流：當(dāng)一個(gè)通道開啟并提供12.8mA電流時(shí)，供應(yīng)電流的變化在6μA至12μA之間。
• 電流吸收器泄漏電流：在不同溫度條件下，所有電流吸收驅(qū)動(dòng)器組合的泄漏電流控制在較低水平。
• 不同電流范圍的特性：在3.2mA、6.4mA和12.8mA的電流范圍內(nèi)，最小吸收電流、最大吸收電流、電流吸收器DAC位數(shù)和電流吸收器DAC LSB等參數(shù)都有明確的規(guī)定，確保了電流吸收器的精確控制。
• 定時(shí)特性：根時(shí)鐘頻率為25.6Hz至38.4Hz，閃爍周期可在0.5s至8s之間進(jìn)行編程，閃爍占空比可在6.25%至100%之間進(jìn)行編程，滿足不同的顯示需求。

I2C串行接口電氣特性

• 電源供應(yīng)：VIO電壓范圍為1.7V至3.6V，能夠適應(yīng)不同的電源輸入。
• SDA和SCL I/O級(jí)：輸入高電壓、輸入低電壓、輸入滯后、輸入泄漏電流、輸出低電壓、引腳電容等參數(shù)都有明確的規(guī)定，確保了I2C接口的穩(wěn)定性和可靠性。
• I2C兼容接口定時(shí)：在不同的工作模式下，時(shí)鐘頻率、保持時(shí)間、SCL低周期、SCL高周期、設(shè)置時(shí)間、數(shù)據(jù)保持時(shí)間、數(shù)據(jù)設(shè)置時(shí)間、停止條件設(shè)置時(shí)間、總線空閑時(shí)間等參數(shù)都有明確的規(guī)定，保證了I2C通信的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

典型工作特性

通過一系列的圖表展示了該P(yáng)MIC在不同條件下的典型工作特性，包括關(guān)機(jī)電源電流與電池電壓的關(guān)系、靜態(tài)電源電流與電池電壓和溫度的關(guān)系、SIMO效率與輸出電流的關(guān)系、SIMO負(fù)載調(diào)節(jié)的關(guān)系等。這些特性有助于工程師更好地了解該P(yáng)MIC在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

引腳配置與功能

引腳配置

MAX77640/MAX77641采用30凸點(diǎn)WLP封裝，引腳配置包括PWR_HLD、nEN、SDA、SCL、GPIO、nRST、nIRQ、SYS、GND、VIO、LDO、IN_LDO、LED0、LED1、LED2、LGND、IN_SBB、SBB0、SBB1、SBB2、BST、LXA、LXB、PGND等。

引腳功能

• PWR_HLD：高電平有效電源保持輸入，用于保持電源開啟狀態(tài)。
• nEN：低電平有效使能輸入，支持按鈕或滑動(dòng)開關(guān)配置，用于喚醒PMIC。
• SDA和SCL：I2C數(shù)據(jù)和時(shí)鐘線，用于與外部設(shè)備進(jìn)行通信。
• GPIO：通用輸入/輸出引腳，可配置為推挽或開漏模式，增加系統(tǒng)的靈活性。
• nRST：低電平有效、開漏復(fù)位輸出，用于在設(shè)備斷電時(shí)保持處理器處于復(fù)位狀態(tài)。
• nIRQ：低電平有效、開漏中斷輸出，用于向主機(jī)處理器發(fā)送設(shè)備狀態(tài)變化的信號(hào)。
• SYS：系統(tǒng)電源輸出，為系統(tǒng)資源和設(shè)備控制邏輯提供電源。
• GND：安靜接地，連接到PGND、LGND和PCB的低阻抗接地平面。
• VIO：I2C接口和GPIO驅(qū)動(dòng)器電源。
• LDO：線性穩(wěn)壓器輸出，可用于為音頻、傳感器等對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用提供電源。
• IN_LDO：線性穩(wěn)壓器輸入。
• LED0、LED1、LED2：電流吸收端口，用于驅(qū)動(dòng)LED。
• LGND：電流吸收接地，連接到GND、PGND和PCB的低阻抗接地平面。
• IN_SBB：SIMO電源輸入，連接到SYS并通過一個(gè)22μF陶瓷電容旁路到PGND。
• SBB0、SBB1、SBB2：SIMO降壓 - 升壓輸出，分別為SIMO的三個(gè)通道提供電源。
• BST：SIMO高端輸出NMOS驅(qū)動(dòng)器的電源輸入，通過一個(gè)3300pF陶瓷電容連接到LXB。
• LXA和LXB：開關(guān)節(jié)點(diǎn)，分別連接到一個(gè)1.5μH電感，用于SIMO的開關(guān)操作。
• PGND：SIMO低端FET的電源接地，連接到GND、LGND和PCB的低阻抗接地平面。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

SIMO設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 輸出電流計(jì)算：SIMO通道的可用輸出電流取決于輸入電壓、輸出電壓、峰值電流限制設(shè)置和其他SIMO通道的輸出電流。Maxim提供了SIMO計(jì)算器來幫助工程師計(jì)算特定條件下的可用容量。
• 電感選擇：建議選擇1.0μH至2.2μH的電感，其中1.5μH的電感適用于大多數(shù)設(shè)計(jì)。電感的飽和電流應(yīng)大于或等于所有SIMO降壓 - 升壓通道使用的最大峰值電流限制設(shè)置，RMS電流額定值應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)期負(fù)載電流進(jìn)行選擇。同時(shí)，應(yīng)考慮電感的DC電阻、AC電阻和物理尺寸，選擇低AC電阻的電感以提高效率。
• 電容選擇：輸入電容應(yīng)選擇最小為10μF的陶瓷電容，以提高SIMO調(diào)節(jié)器的去耦能力；升壓電容應(yīng)選擇3.3nF的陶瓷電容，以確保M3的柵極驅(qū)動(dòng)；輸出電容應(yīng)根據(jù)所需的輸出電壓紋波進(jìn)行選擇，通常為10μF，同時(shí)應(yīng)注意電容的阻抗和溫度系數(shù)。
• 開關(guān)頻率：SIMO降壓 - 升壓調(diào)節(jié)器采用脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制方案，開關(guān)頻率取決于輸入電壓、輸出電壓、負(fù)載電流和電感值。Maxim提供了SIMO計(jì)算器來幫助工程師計(jì)算開關(guān)頻率。
• 未使用輸出處理：未使用的SIMO輸出不應(yīng)懸空，可通過旁路一個(gè)1μF陶瓷電容到地、連接到電源輸入或連接到另一個(gè)高于目標(biāo)電壓的電源輸出等方式進(jìn)行處理。

LDO設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 輸出電壓編程：LDO的輸出電壓可通過I2C在1.35V至2.9375V之間以12.5mV的步長進(jìn)行編程。
• 輸入和輸出電容選擇：為了確保LDO的穩(wěn)定運(yùn)行，需要選擇足夠的輸入旁路電容和輸出電容。輸入電容和輸出電容的有效電容應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的預(yù)期負(fù)載條件進(jìn)行選擇，同時(shí)應(yīng)注意電容的阻抗和溫度系數(shù)。
• 電流限制：LDO的額定輸出電流為150mA，典型電流限制為255mA，可提供短路保護(hù)功能。
• 作為負(fù)載開關(guān)使用：如果需要，LDO可以作為負(fù)載開關(guān)使用，通過將LDO輸入電源設(shè)置為所需的電壓，并將輸出電壓編程為比輸入電壓高100mV或更高。

電流吸收器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• LED分配：三個(gè)電流吸收器（LED0、LED1、LED2）是相同的，在使用RGB LED集群時(shí)，可根據(jù)PCB布局的需要進(jìn)行分配。
• 未使用端口處理：如果某個(gè)電流吸收端口未使用，應(yīng)將其連接到地，并通過軟件確保該端口未被啟用。

I2C串行接口設(shè)計(jì)要點(diǎn)

• 地址選擇：MAX77640/MAX77641支持7位從地址，OTP地址可在工廠進(jìn)行編程，有兩種可選地址。
• 通信協(xié)議：支持標(biāo)準(zhǔn)的I2C通信協(xié)議，包括寫入單個(gè)寄存器、寫入多個(gè)順序寄存器、讀取單個(gè)寄存器和讀取多個(gè)順序寄存器等。

PCB布局要點(diǎn)

• 最小化寄生電感：在SIMO輸入電容回路和輸出電容回路中，應(yīng)盡量減少寄生電感，以提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。
• 使用寬走線：在電感連接中，應(yīng)使用寬走線以減少電阻，但不要使走線過大，以免增加噪聲耦合。
• 參考評(píng)估套件：可使用MAX77640/MAX77641評(píng)估套件作為PCB布局的參考，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。

總結(jié)

MAX77640/MAX77641是一款功能強(qiáng)大、性能卓越的超低壓功耗PMIC，具有緊湊高效、低靜態(tài)電流、小尺寸封裝等優(yōu)點(diǎn)。通過對(duì)其電氣特性、典型工作特性、引腳配置和設(shè)計(jì)要點(diǎn)的詳細(xì)分析，工程師可以更好地了解和應(yīng)用該產(chǎn)品，為各種對(duì)尺寸和效率要求苛刻的應(yīng)用提供穩(wěn)定可靠的電源解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇電感、電容等元件，優(yōu)化PCB布局，以充分發(fā)揮該P(yáng)MIC的性能優(yōu)勢。

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