深入解析MAX77178/MAX77179：高帶寬LTE/WCDMA PA電源管理IC

引言

在當(dāng)今的3G/4G移動(dòng)通訊領(lǐng)域，功率放大器（PA）的電源管理至關(guān)重要。MAXIM INTEGRATED推出的MAX77178/MAX77179降壓轉(zhuǎn)換器，專為多模式/多頻段手機(jī)中的PA供電優(yōu)化，滿足了LTE、WCDMA等3G/4G應(yīng)用以及其他射頻PA應(yīng)用的需求。本文將詳細(xì)解析這兩款I(lǐng)C的特點(diǎn)、性能和應(yīng)用注意事項(xiàng)。

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產(chǎn)品概述

應(yīng)用場(chǎng)景

MAX77178/MAX77179適用于LTE、WCDMA手機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦和數(shù)據(jù)卡等設(shè)備，為PA提供高效穩(wěn)定的電源。

輸入電壓范圍

其輸入電源范圍為2.5V至5.5V，支持當(dāng)前和未來(lái)的電池化學(xué)特性，具有廣泛的適用性。

輸出電壓控制方式

• MAX77178：使用2位GPIO接口，提供四種可選輸出電壓選項(xiàng)，可通過(guò)邏輯輸入（SEL0和SEL1）將DC - DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)置為1.0V、1.7V、2.325V或2.9V，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，減少對(duì)現(xiàn)有基帶軟件的更改。
• MAX77179：采用由外部DAC驅(qū)動(dòng)的模擬輸入（REF）來(lái)線性控制輸出電壓，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的PA功率調(diào)整，輸出電壓范圍為0.5V至VIN，支持多種PA的操作。

開(kāi)關(guān)頻率與效率

快速開(kāi)關(guān)頻率（典型值8MHz）允許使用低價(jià)值電感和小陶瓷輸出電容，同時(shí)保持低紋波電壓。輕載時(shí)可切換到跳過(guò)模式，僅在需要時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，自適應(yīng)智能FET縮放進(jìn)一步提高了所有操作條件下的效率。

產(chǎn)品特性

滿足3G/4G要求

滿足3G/4G的時(shí)序和射頻頻譜掩碼要求，輸出電壓從0.5V到3.4V變化時(shí)的典型建立時(shí)間為20μs，從使能到95%輸出電壓調(diào)節(jié)的典型建立時(shí)間為30μs。

輸出電壓選項(xiàng)

MAX77178有四種可選輸出電壓，MAX77179可通過(guò)模擬控制實(shí)現(xiàn)0.5V到VIN的輸出電壓設(shè)置。

電流能力與精度

具有1A的峰值輸出電流能力，輸出電壓精度為±3%。

其他特性

允許使用小尺寸（1210）0.47μH電感，支持100%占空比操作，具備簡(jiǎn)單的邏輯開(kāi)/關(guān)控制，關(guān)機(jī)電源電流小于1μA，還具有過(guò)流和過(guò)溫保護(hù)功能。

電氣特性

絕對(duì)最大額定值

各引腳的電壓范圍有明確限制，如IN1、IN2到PGND為 - 0.3V至 + 6.0V等，同時(shí)對(duì)電流、功率耗散、溫度等也有相應(yīng)的額定值。

電氣參數(shù)

包括輸入電壓、欠壓鎖定閾值、無(wú)負(fù)載電源電流、輸出過(guò)渡時(shí)間、最大輸出電流、電流限制閾值、效率等多項(xiàng)參數(shù)。例如，效率在不同的輸入輸出電壓和負(fù)載電流條件下有所不同，在VIN1 = 3.6V，VOUT = 3.0V，IOUT = 500mA時(shí)，效率可達(dá)93%。

典型工作特性

效率與負(fù)載電流關(guān)系

通過(guò)圖表展示了MAX77178和MAX77179在不同輸入電壓、輸出電壓和負(fù)載電流下的效率變化情況。一般來(lái)說(shuō)，隨著負(fù)載電流的增加，效率會(huì)先上升后趨于穩(wěn)定。

效率與輸出電壓關(guān)系

在不同的MODE_SEL設(shè)置和負(fù)載電阻條件下，效率隨輸出電壓的變化而變化。

頻率與參考電壓關(guān)系

頻率與參考電壓之間存在一定的關(guān)聯(lián)，可根據(jù)參考電壓調(diào)整工作頻率。

引腳配置與功能

引腳圖

MAX77178和MAX77179的引腳配置有所不同，但都有AGND、EN、IN3、GSNS、FB、LX等關(guān)鍵引腳。

引腳功能

• AGND：接地連接。
• EN：使能輸入，連接到IN_或邏輯高電平為正常操作，連接到AGND或邏輯低電平為關(guān)機(jī)模式。
• IN3：模擬電源電壓輸入，需連接到2.5V至5.5V的電池或電源，并通過(guò)1pF陶瓷電容旁路到AGND。
• GSNS：接地感測(cè)節(jié)點(diǎn)，可連接到控制REF的DAC的同一接地或直接連接到AGND。
• FB：輸出電壓反饋輸入，需直接連接到負(fù)載。
• LX：電感連接，連接電感到DC - DC轉(zhuǎn)換器的輸出，關(guān)機(jī)時(shí)為高阻抗。

詳細(xì)工作模式

關(guān)機(jī)模式

將EN連接到AGND或邏輯低電平可使IC進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)控制電路、內(nèi)部開(kāi)關(guān)MOSFET和同步整流器關(guān)閉，LX變?yōu)楦咦杩埂?/p>

跳過(guò)模式

降壓轉(zhuǎn)換器在輕載條件下采用跳過(guò)模式以提高效率，只有當(dāng)輸出電壓在所需調(diào)節(jié)值的12%以內(nèi)時(shí)才會(huì)激活，通過(guò)檢測(cè)電感電流的零交叉條件來(lái)觸發(fā)。

FET縮放操作

IC具有FET縮放功能，根據(jù)DC - DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓設(shè)置調(diào)整功率FET的大小，以在不同輸出功率條件下實(shí)現(xiàn)最佳效率。MODE_SEL引腳可選擇兩種不同的FET縮放過(guò)渡點(diǎn)。

應(yīng)用信息

電感選擇

IC工作在8MHz的開(kāi)關(guān)頻率，推薦使用0.47μH的電感，電感的飽和電流額定值需滿足或超過(guò)LX電流限制，為獲得最佳瞬態(tài)響應(yīng)和最高效率，應(yīng)使用低直流電阻的電感。

電容選擇

• 輸入電容：降低從輸入電源汲取的電流峰值和控制器中的開(kāi)關(guān)噪聲，其在開(kāi)關(guān)頻率下的阻抗需小于輸入源的阻抗。
• 輸出電容：保持輸出紋波小并確保控制環(huán)路穩(wěn)定，建議使用陶瓷電容，如X5R、X7R或更好的電介質(zhì)陶瓷電容。

PCB布局

由于存在快速開(kāi)關(guān)波形和高電流路徑，PCB布局至關(guān)重要。IN到PGND電流環(huán)路的交流電流和dI/dt最大，IN旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件。為避免高頻干擾，高頻電容應(yīng)比低頻電容更靠近器件。同時(shí)，要盡量減少I(mǎi)C與電感、輸入電容和輸出電容之間的跡線長(zhǎng)度，保持跡線短、直且寬。

總結(jié)

MAX77178/MAX77179是兩款性能出色的高帶寬LTE/WCDMA PA電源管理IC，具有多種特性和功能，能夠滿足3G/4G移動(dòng)通訊設(shè)備中PA的電源管理需求。在實(shí)際應(yīng)用中，合理選擇電感和電容，并進(jìn)行良好的PCB布局，將有助于發(fā)揮其最佳性能。電子工程師們?cè)?a href="http://m.makelele.cn/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并嚴(yán)格按照產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。你在使用這類電源管理IC時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。