探索MAX8500–MAX8504：N - CDMA/W - CDMA手機(jī)的PWM降壓轉(zhuǎn)換器

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，對(duì)于電源管理芯片的要求也越來(lái)越高。特別是在N - CDMA/W - CDMA手機(jī)等設(shè)備中，高效、緊湊的電源解決方案至關(guān)重要。Maxim的MAX8500–MAX8504 PWM降壓轉(zhuǎn)換器就是這樣一款優(yōu)秀的產(chǎn)品，下面讓我們深入了解一下它。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8500–MAX8504是專為N - CDMA和W - CDMA手機(jī)的功率放大器（PA）供電而優(yōu)化的PWM DC - DC降壓轉(zhuǎn)換器。它集成了旁路FET（典型值0.25Ω），具有低導(dǎo)通電阻，即使在600mA負(fù)載下，僅需150mV的低壓差，且不受電感串聯(lián)電阻的影響。其輸入電壓范圍為2.6V至5.5V，保證的轉(zhuǎn)換器輸出電流為600mA，1MHz的PWM開(kāi)關(guān)頻率允許使用小型外部組件。

1. 輸出電壓特性

• MAX8500–MAX8503：可動(dòng)態(tài)控制，輸出電壓從0.4V到VBATT可變。LDO調(diào)節(jié)點(diǎn)略低于PWM轉(zhuǎn)換器，確保無(wú)論電感電阻如何，進(jìn)入和退出壓差狀態(tài)時(shí)都能平穩(wěn)過(guò)渡。
• MAX8504：通過(guò)外部電阻編程，可實(shí)現(xiàn)1.25V至2.5V的固定輸出，還具有高功率旁路模式，可直接將輸出連接到電池。

2. 封裝形式

該系列產(chǎn)品采用12引腳4mm x 4mm薄型QFN封裝（最大高度0.8mm），這種封裝形式節(jié)省空間，適合小型設(shè)備的設(shè)計(jì)。

二、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

1. 集成旁路PFET

集成的旁路PFET使得在高負(fù)載情況下能夠有效降低壓差，提高電源效率。

2. 低壓差性能

在600mA負(fù)載下，壓差僅為150mV，且不受外部電感影響，這對(duì)于電池供電設(shè)備來(lái)說(shuō)非常重要，可以減少能量損耗，延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。

3. 動(dòng)態(tài)可調(diào)輸出

MAX8500–MAX8503可動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，范圍從0.4V到VBATT，能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)電壓的需求。而MAX8504則可通過(guò)外部電阻實(shí)現(xiàn)固定輸出，并具備數(shù)字控制的高功率旁路模式。

4. 固定頻率PWM開(kāi)關(guān)

1MHz的固定頻率PWM開(kāi)關(guān)，保證了穩(wěn)定的輸出，同時(shí)允許使用小型外部組件，有助于減小電路板尺寸。

5. 寬占空比操作

支持10%至100%的占空比操作，能夠適應(yīng)不同的負(fù)載需求。

6. 低靜態(tài)電流

在不同模式下，靜態(tài)電流都非常低。正常模式下典型值為280μA，PWM模式下為3.3mA，關(guān)機(jī)模式下僅為0.1μA，這有助于降低功耗，延長(zhǎng)電池壽命。

三、電氣特性分析

1. 輸入輸出參數(shù)

輸入電壓范圍為2.6V至5.5V，輸出電壓精度在不同條件下有明確的規(guī)定。例如，在特定條件下，MAX8500和MAX8502的輸出電壓精度在3.33V至3.47V之間。

2. 電流參數(shù)

包括靜態(tài)電流、關(guān)機(jī)電流、輸出電流等。如靜態(tài)電流在不同模式下有所不同，關(guān)機(jī)電流典型值為0.1μA，保證了在不工作時(shí)的低功耗。

3. 電阻參數(shù)

P通道和N通道的導(dǎo)通電阻在不同條件下有相應(yīng)的數(shù)值，這些參數(shù)對(duì)于評(píng)估功率損耗和效率非常重要。

4. 頻率參數(shù)

內(nèi)部振蕩器頻率為0.8MHz至1.2MHz，保證了穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)頻率。

四、工作模式解析

1. 正常模式

將SKIP連接到GND可啟用正常模式。在中重負(fù)載時(shí)自動(dòng)進(jìn)行PWM控制，輕負(fù)載時(shí)進(jìn)入跳頻模式，以提高效率并將靜態(tài)電流降低到280μA。當(dāng)電感峰值電流低于148mA（對(duì)應(yīng)負(fù)載電流約75mA）時(shí)，設(shè)備進(jìn)入跳頻模式，僅在需要時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，減少開(kāi)關(guān)頻率和內(nèi)部開(kāi)關(guān)及同步整流器的相關(guān)損耗。

2. 強(qiáng)制PWM模式

將SKIP連接到BATT可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制PWM操作。這種模式適用于對(duì)噪聲敏感的RF和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，可確保開(kāi)關(guān)諧波不會(huì)干擾敏感的中頻和數(shù)據(jù)采樣頻率。即使在無(wú)負(fù)載情況下，同步整流器也能通過(guò)反向電感電流，實(shí)現(xiàn)恒定頻率操作，無(wú)需最小負(fù)載。但與跳頻模式相比，無(wú)負(fù)載時(shí)的供電電流較高（典型值3.3mA）。

3. 100%占空比操作和壓差狀態(tài)

最大導(dǎo)通時(shí)間可超過(guò)一個(gè)內(nèi)部振蕩器周期，允許100%占空比操作。接近壓差狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)跳過(guò)一些周期，降低開(kāi)關(guān)頻率，但由于電流紋波仍然較低，電壓紋波保持較小。當(dāng)輸入電壓進(jìn)一步下降時(shí)，占空比增加，直到內(nèi)部P通道MOSFET持續(xù)導(dǎo)通。在100%占空比時(shí)，壓差電壓為輸出電流乘以內(nèi)部PMOS導(dǎo)通電阻（典型值0.35Ω）和電感電阻之和。當(dāng)輸出電壓下降5%時(shí)，PFET旁路LDO（MAX8500–MAX8503）開(kāi)啟，降低壓差電壓。

4. 欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)電池電壓低于UVLO閾值（典型值2.35V）時(shí)，MAX8500–MAX8504不工作，輸出保持關(guān)閉，直到電源電壓超過(guò)該閾值，確保輸出電壓調(diào)節(jié)的完整性。

5. 同步整流

N通道同步整流器在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的后半段（關(guān)斷時(shí)間）工作。當(dāng)電感電流低于N通道電流比較器閾值或PWM達(dá)到振蕩器周期結(jié)束時(shí)，同步整流器關(guān)閉，防止在跳頻模式下輸出到輸入的反向電流。在PWM操作期間，ILIMN閾值會(huì)調(diào)整，允許輕負(fù)載時(shí)的反向電流，實(shí)現(xiàn)恒定開(kāi)關(guān)頻率的調(diào)節(jié)，消除固定頻率操作的最小負(fù)載要求。

6. 高功率旁路模式（MAX8504）

MAX8504具有高功率旁路模式，適用于功率放大器高功率傳輸時(shí)。該模式通過(guò)旁路PFET將OUT連接到BATT，同時(shí)強(qiáng)制PWM降壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)入100%占空比，進(jìn)一步降低壓差。

7. 關(guān)機(jī)模式

將SHDN驅(qū)動(dòng)到GND可使MAX8500–MAX8504進(jìn)入關(guān)機(jī)模式。在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，參考、控制電路、內(nèi)部開(kāi)關(guān)MOSFET和同步整流器關(guān)閉，輸出變?yōu)楦咦杩梗斎腚娏鹘抵恋湫椭?.1μA。將SHDN驅(qū)動(dòng)為高電平可恢復(fù)正常操作。

五、應(yīng)用信息

1. 輸出電壓設(shè)置

• MAX8500–MAX8503：通過(guò)REFIN輸入動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電壓，范圍從0.4V到VBATT。VREFIN到VOUT的增益內(nèi)部設(shè)置為1.76X（MAX8500和MAX8502）或2X（MAX8501和MAX8503）?？稍诓僮髌陂g通過(guò)外部DAC驅(qū)動(dòng)REFIN來(lái)調(diào)整VOUT，輸出對(duì)電壓和電流的滿量程變化響應(yīng)時(shí)間小于30μs。
• MAX8504：通過(guò)將FB連接到輸出和GND之間的電阻分壓器來(lái)選擇1.25V至VBATT之間的輸出電壓。選擇反饋電阻R2在5kΩ至50kΩ范圍內(nèi)，R1可根據(jù)公式 (R1 = R2 times (frac{V{OUT}}{V{FB}} - 1)) 計(jì)算，其中 (V_{FB}=1.25V)。

  2. 組件選擇

• 輸入電容：應(yīng)選擇低ESR的電容，如鉭電容、聚合物電容或陶瓷電容，以減少高頻DC - DC轉(zhuǎn)換器中的輸入紋波。輸入濾波電容可降低輸入電壓源的峰值電流和噪聲，應(yīng)連接一個(gè)低ESR的大容量電容（典型值≥10μF），并根據(jù)輸入紋波要求和電壓額定值選擇，而不是電容值?？墒褂霉?(RMS = frac{I{OUT}}{V{IN}} × sqrt{V{OUT} times (V{IN} - V_{OUT})}) 計(jì)算最大RMS輸入電流。
• 補(bǔ)償、穩(wěn)定性和輸出電容：MAX8500–MAX8504通過(guò)在COMP到GND之間串聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行外部補(bǔ)償。如果使用高ESR輸出電容，可能需要從COMP到GND連接一個(gè)額外的電容。電阻和電容設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償零點(diǎn)，定義系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，系統(tǒng)穩(wěn)定性要求補(bǔ)償零點(diǎn)必須確保足夠的相位裕度（在單位增益時(shí)至少30°）。
• 電感：大多數(shù)應(yīng)用建議使用4μH至6μH的電感，為獲得最佳效率，電感的直流電阻應(yīng)小于400mΩ。飽和電流（ISAT）應(yīng)大于功率放大器電源的最大直流負(fù)載加上電感電流紋波的一半。兩步VCC應(yīng)用通常需要ISAT在200mA至300mA范圍內(nèi)的非常小的電感。

3. PCB布局和布線

由于高開(kāi)關(guān)頻率和大峰值電流，PCB布局對(duì)于設(shè)計(jì)至關(guān)重要。良好的設(shè)計(jì)可最小化EMI、反饋路徑上的噪聲和接地平面中的電壓梯度，避免不穩(wěn)定或調(diào)節(jié)誤差。應(yīng)將電感、輸入濾波電容和輸出濾波電容盡可能靠近連接，并保持其走線短、直且寬。將它們的接地引腳在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)以星形接地配置連接。外部電壓反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)非?？拷麱B引腳，距離在0.2英寸（5mm）以內(nèi)。應(yīng)遠(yuǎn)離LX引腳等噪聲走線，旁路電容應(yīng)盡可能靠近各自的引腳，以最小化噪聲耦合。為獲得最佳性能，應(yīng)將輸入和輸出電容盡可能靠近設(shè)備放置，并將GND和PGND直接連接到IC下方的暴露焊盤。

六、總結(jié)

MAX8500–MAX8504 PWM降壓轉(zhuǎn)換器以其集成的旁路FET、低靜態(tài)電流、寬輸出電壓范圍、高開(kāi)關(guān)頻率等特性，為N - CDMA/W - CDMA手機(jī)等設(shè)備提供了高效、緊湊的電源解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，合理選擇組件和優(yōu)化PCB布局，能夠充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。各位工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，不妨考慮這款優(yōu)秀的產(chǎn)品。你在使用類似電源管理芯片時(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。