解析MAX8660/MAX8661：高效低功耗PMIC的技術(shù)探秘

在當(dāng)今的移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，電源管理集成電路（PMIC）的性能直接影響著設(shè)備的整體表現(xiàn)。MAX8660/MAX8661作為Maxim推出的兩款高性能PMIC，專為移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，具備高效、低靜態(tài)電流（Low-IQ）以及動(dòng)態(tài)電壓管理等特性，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、PDA、便攜式GPS導(dǎo)航等設(shè)備中。下面我們就來深入了解這兩款芯片。

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產(chǎn)品概述

MAX8660/MAX8661 PMIC專為使用應(yīng)用處理器的設(shè)備而優(yōu)化，包括智能手機(jī)、PDA、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和其他需要強(qiáng)大計(jì)算和多媒體功能且低功耗的便攜式設(shè)備。它們符合Marvell的PXA300系列（PXA3xx）和Marvell的Armada 100系列（PXA16x）處理器的規(guī)格。

MAX8660集成了八個(gè)高性能、低工作電流的電源，其中REG1 - REG4是降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，REG5 - REG8是線性穩(wěn)壓器。其他功能包括低電量檢測(cè)（LBO）、復(fù)位輸出（RSO）、手動(dòng)復(fù)位輸入（MR）和2線I2C串行接口。MAX8661的功能與MAX8660相同，但沒有REG1降壓穩(wěn)壓器和REG7線性穩(wěn)壓器。

關(guān)鍵特性

1. 高效降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器（REG1 - REG4）

• 高轉(zhuǎn)換效率：REG1 - REG4均為2MHz電流模式降壓轉(zhuǎn)換器，REG1和REG2在輕載時(shí)（REG1 + REG8 (I{Q}=40 mu A) ）、REG3和REG4在輕載時(shí)（REG3 + REG8 (I{Q}=45 mu A) ）可實(shí)現(xiàn)高達(dá)96%和92%的轉(zhuǎn)換效率，能有效延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
• 靈活的輸出電壓選擇：REG1和REG2的輸出電壓可通過SET1和SET2輸入進(jìn)行選擇，有多種預(yù)設(shè)電壓可供選擇。REG3和REG4的輸出電壓可通過I2C接口在0.725V至1.800V之間以25mV的增量進(jìn)行調(diào)整。
• 雙模式操作：REG1 - REG4可獨(dú)立工作在正常模式或強(qiáng)制PWM模式。正常模式在輕載時(shí)可提高效率，強(qiáng)制PWM模式則適用于對(duì)噪聲要求較高的系統(tǒng)，輸出電壓紋波?。? 10mVP - P），且開關(guān)諧波易于過濾。
• 同步整流：內(nèi)部n通道同步整流器消除了對(duì)外部肖特基二極管的需求，提高了效率。

2. 線性穩(wěn)壓器（REG5 - REG8）

• 可調(diào)節(jié)輸出電壓：REG5的輸出電壓可通過I2C接口在1.700V至2.000V之間以25mV的增量進(jìn)行調(diào)整，默認(rèn)電壓為1.8V，可提供高達(dá)200mA的電流。REG6和REG7的輸出電壓可通過串行接口在1.8V至3.3V之間以0.1V的步長(zhǎng)進(jìn)行編程，每個(gè)可提供高達(dá)500mA的電流。REG8為始終開啟的3.3V LDO，可提供高達(dá)30mA的電流。
• 軟啟動(dòng)和斜坡控制：各線性穩(wěn)壓器在啟動(dòng)時(shí)具有軟啟動(dòng)功能，可消除輸入電流尖峰。REG3和REG4的輸出電壓斜坡率可通過連接到RAMP引腳的電阻進(jìn)行設(shè)置。

3. 電壓監(jiān)測(cè)、復(fù)位和欠壓鎖定功能

• 欠壓和過壓鎖定：當(dāng)輸入電壓低于VUVLO（典型值2.35V）時(shí)，芯片進(jìn)入欠壓鎖定模式（UVLO）；當(dāng)輸入電壓高于VOVLO（典型值6.35V）時(shí)，進(jìn)入過壓鎖定模式（OVLO）。在這兩種模式下，所有穩(wěn)壓器均關(guān)閉，I2C寄存器內(nèi)容復(fù)位。
• 復(fù)位輸出（RSO）和MR輸入：RSO為開漏復(fù)位輸出，當(dāng)MR為低、V8低于VRSOTH（典型值2.2V下降沿）、VIN低于VUVLO或高于VOVLO時(shí)，RSO被拉低，同時(shí)I2C寄存器復(fù)位。
• 低電量檢測(cè)（LBO、LBF、LBR）：LBO為開漏輸出，通常連接到應(yīng)用處理器的nBATT_FAULT輸入，用于指示電池已移除或電量耗盡。LBR和LBF監(jiān)測(cè)輸入電壓，當(dāng)LBF低于低電量下降閾值（典型值1.20V）時(shí)，LBO被拉低；當(dāng)LBR高于低電量上升閾值（典型值1.25V）時(shí)，LBO變?yōu)楦咦钁B(tài)。

4. I2C接口

I2C兼容的2線串行接口可控制多種功能，包括設(shè)置V3 - V7的輸出電壓、將REG1 - REG4置于強(qiáng)制PWM操作、通過串行接口或硬件使能引腳（EN34）啟用REG3和REG4、激活REG6和REG7等。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 輸出電壓設(shè)置

REG1和REG2的輸出電壓通過SET1和SET2輸入進(jìn)行預(yù)設(shè)，V8固定為3.3V不可更改，V3 - V7的輸出電壓通過I2C接口進(jìn)行設(shè)置。在強(qiáng)制PWM模式下，當(dāng)輸入電壓大于4.3V時(shí)，REG3和REG4的最小輸出電壓受最小占空比限制。

2. 電感選擇

根據(jù)公式 (L{IDEAL}=frac{4 × V{IN } × D times(1-D)}{I{OUT(MAX) } × f{OSC }}) 計(jì)算REG1 - REG4的電感值，其中 (D=frac{V{OUT }}{V{IN }}) 。選擇電感時(shí)，需確保其飽和電流超過峰值電感電流，額定最大直流電感電流超過最大輸出電流。

3. 電容選擇

• 輸入電容：用于降低從電池或其他輸入電源汲取的電流峰值，減少控制器中的開關(guān)噪聲。應(yīng)選擇陶瓷電容，以滿足降壓轉(zhuǎn)換器的輸入紋波電流要求，且溫度上升不超過約10°C。
• 輸出電容：用于保持輸出紋波小，并確保控制環(huán)路穩(wěn)定。陶瓷、聚合物和鉭電容均適用，其中陶瓷電容具有最低的ESR和高頻阻抗。

4. 降壓轉(zhuǎn)換器輸出電流計(jì)算

降壓轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流可通過兩步計(jì)算得出：首先計(jì)算近似占空比 (D=frac{V{OUT }+I{OUTTAR }left(R{N}+R{L}right)}{V{IN }+I{OUTTAR }left(R{N}-R{P}right)}) ，然后計(jì)算最大輸出電流 (I{OUTMAX }=frac{I{LIM}-frac{V{OUT }(1-D)}{2 × f × L}}{1+left(R{N}+R_{L}right) frac{1-D}{2 × f × L}}) 。

應(yīng)用案例

以連接Marvell PXA3xx處理器為例，MAX8660/MAX8661可根據(jù)處理器的需求提供穩(wěn)定的電源。在典型應(yīng)用中，EN1、EN2和EN5通常連接到SYS_EN輸出，EN34連接到Marvell的PWR_EN輸出，REG6和REG7通過串行接口激活，REG8始終開啟。

在電源上電時(shí)，各電源應(yīng)按V8、V5、V1和V2、V3和V4的順序上電，REG6和REG7可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行上電和下電操作。通過合理設(shè)置I2C寄存器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各電源的精確控制，滿足不同工作模式下的功耗需求。

總結(jié)

MAX8660/MAX8661 PMIC憑借其高效、低功耗以及靈活的電源管理功能，為移動(dòng)應(yīng)用提供了出色的電源解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師需根據(jù)具體應(yīng)用需求，合理選擇電感、電容等外部元件，并通過I2C接口對(duì)輸出電壓和工作模式進(jìn)行精確設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和功耗平衡。同時(shí)，良好的PCB布局和散熱設(shè)計(jì)也是確保芯片穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。