揭秘MAX1586/MAX1587：高效低功耗PMIC的卓越之選

在當今電子設備飛速發(fā)展的時代，對于智能設備的性能和功耗要求越來越高。尤其是像智能手機、PDA這類需要強大計算和多媒體能力，同時又要保證低功耗的設備，一款出色的電源管理芯片（PMIC）就顯得至關重要。今天就來深入了解一下Maxim推出的MAX1586/MAX1587高效低Iq PMIC，看看它是如何滿足這些需求的。

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產(chǎn)品概述

MAX1586/MAX1587專為使用英特爾XScale微處理器的設備進行了優(yōu)化，適用于第三代智能手機、PDA、互聯(lián)網(wǎng)電器和其他需要低功耗下具備強大計算和多媒體能力的便攜式設備。這兩款IC集成了七個高性能、低工作電流的電源，還有監(jiān)督和管理功能，堪稱電子設備的“電源管家”。

電源輸出

• 降壓DC - DC轉換器：一共有三個，分別是V1、V2和V3。V1可為I/O和外設提供3.3V或可調(diào)輸出電壓，最大負載能力達1300mA；V2在不同型號中有不同的預設電壓，如MAX1586A和MAX1587A預設為1.8V或2.5V，MAX1586B預設為3.3V或2.5V，所有型號的V2也都能用外部電阻進行調(diào)整，最大負載能力為900mA；V3則為微處理器核心供電，通過I2C串行接口可在0.7V至1.475V之間以25mV的步長進行設置，MAX1586A、MAX1586B和MAX1587A的V3最大負載為500mA，而MAX1586C和MAX1587C可達900mA。
• 線性穩(wěn)壓器：V4、V5和V6這三個線性穩(wěn)壓器分別為PLL、SRAM和USIM供電。V4輸出固定的1.3V，最大負載35mA；V5輸出固定的1.1V，最大負載同樣為35mA；V6僅MAX1586有，其輸出電壓能通過I2C串行接口編程為0V、1.8V、2.5V或3.0V，最大負載35mA。
• 始終開啟的輸出V7：它相當于英特爾的VCC_BATT，只要V1啟用且處于穩(wěn)壓狀態(tài)，或者有備用電源，V7就一直處于激活狀態(tài)，最大負載30mA。

其他關鍵特性

• 低靜態(tài)電流：通過優(yōu)化設計，在不同的工作模式下都能保持極低的靜態(tài)電流。比如在睡眠模式下，若V1和V2的睡眠LDO開啟，電流僅60μA；在深度睡眠模式下，除V7外所有電源關閉，V7由備用電池供電時，MAX1587的電流低至5μA，MAX1586在VIN > DBI閾值時為32μA，VIN < DBI閾值時為4μA。
• 1MHz PWM開關：所有DC - DC輸出都采用快速的1MHz PWM開關和小型外部組件，不僅能在固定頻率PWM控制下工作，還能在輕負載時自動從PWM模式切換到跳過模式，有效降低工作電流，延長電池壽命。而且V3核心輸出在所有負載下都能強制進入PWM模式，以最小化噪聲。
• 寬輸入電壓范圍：2.6V至5.5V的輸入電壓范圍，可適配1節(jié)鋰離子（Li +）電池、3節(jié)鎳氫（NiMH）電池或穩(wěn)壓5V輸入，為不同的電源配置提供了極大的靈活性。

技術細節(jié)剖析

DC - DC轉換器的工作原理

同步整流

內(nèi)部的n溝道同步整流器省去了外部肖特基二極管，提高了轉換效率。在每個周期的后半段（關斷時間），同步整流器開啟，此時電感兩端的電壓反向，電感電流下降。在正常運行（非強制PWM模式）時，同步整流器在周期結束（下一個導通時間開始）或電感電流接近零時關閉。

100%占空比操作

如果在導通時間內(nèi)電感電流不足以滿足負載需求，開關會保持導通，實現(xiàn)高達100%的占空比操作。這樣在輸入電壓接近穩(wěn)壓電壓時，輸出電壓仍能保持穩(wěn)定。例如，V1在800mA負載下的壓降約為180mV，V2在800mA負載下約為220mV。在壓降期間，高端p溝道MOSFET開啟，控制器進入低電流消耗模式，直到調(diào)節(jié)器通道不再處于壓降狀態(tài)。

睡眠LDO

V1和V2除了有高效的降壓轉換器外，還有低靜態(tài)電流、低壓降（LDO）的線性穩(wěn)壓器，可在睡眠模式或負載電流非常低時使用。這些睡眠LDO能提供高達35mA的電流。當驅動SLP為低電平時，睡眠LDO啟用；SLP為高電平時，開關降壓轉換器工作。

線性穩(wěn)壓器的特點

V4、V5和V6這三個線性穩(wěn)壓器各自為特定的組件提供穩(wěn)定的電源。它們的輸出電壓固定或可通過串行接口編程，為系統(tǒng)中的PLL、SRAM和USIM等組件提供了可靠的供電保障。

監(jiān)控和管理功能

• 欠壓鎖定（UVLO）：當輸入電壓低于2.35V（典型值）時，UVLO電路會禁用IC，在此期間輸入保持高阻抗，減少電池負載。同時，所有串行寄存器在輸入電壓低至至少2.35V時仍能保持數(shù)據(jù)。
• 復位輸出（RSO）和MR輸入：RSO在MR輸入為低電平或V7低于2.425V時為低電平。在不同的電源配置和操作情況下，RSO會發(fā)揮相應的復位作用。例如，在首次上電、斷電以及備用電池電壓過低等情況下，RSO會變?yōu)榈碗娖健６?，如果VIN > 2.4V，V7上升到2.3V以上后，內(nèi)部定時器會延遲65ms釋放RSO；但如果VIN < 2.4V，則無此延遲。MR是硬件復位的手動輸入，低電平輸入會使RSO輸出至少65ms為低電平，并將V3輸出重置為默認的1.3V。
• 死電池和低電池比較器：DBI和LBI輸入用于監(jiān)測輸入電源（通常是電池），當電池電壓下降到相應閾值時，會觸發(fā)DBO和LBO輸出。DBI的工廠預設閾值為3.15V，LBI為3.6V，也都可以通過電阻分壓器進行編程設置。
• 電源正常輸出（POK）：POK是一個開漏輸出，當任何激活的調(diào)節(jié)器（V1 - V6）低于其穩(wěn)壓閾值時，POK變?yōu)榈碗娖剑槐O(jiān)控V7。當所有有源輸出電壓在穩(wěn)壓值的10%以內(nèi)時，POK為高阻抗。在V3通過串行編程進行電壓轉換期間或任何調(diào)節(jié)器通道關閉時，POK不會標記失穩(wěn)情況。

串行接口

MAX1587的REG3以及MAX1586的REG3和REG6由一個兼容I2C的雙線串行接口控制。該接口在VIN超過2.40V的UVLO閾值且至少有一個ON1 - ON6引腳被置位時工作。當所有調(diào)節(jié)器都未啟用時，串口會關閉以最小化關斷電流消耗。通過發(fā)送特定的地址和8位數(shù)據(jù)代碼，就可以對V3和V6的輸出電壓進行編程設置。

設計指南

設置輸出電壓

• V1和V2：V1和V2有預設的輸出電壓，也可以使用電阻分壓器進行調(diào)整。例如，將FB1連接到GND可將V1設置為3.3V；在MAX1586A和MAX1587A中，將FB2連接到IN可將V2設置為1.8V，連接到GND設置為2.5V；在MAX1587B中，將FB2連接到IN可將V2設置為3.3V，連接到GND設置為2.5V。若要設置為其他電壓值，可連接電阻分壓器，并根據(jù)公式計算電阻值。
• V3：通過I2C串行接口在0.7V至1.475V之間以25mV的步長進行設置。
• V4和V5：V4輸出固定的1.3V，V5輸出固定的1.1V，不可調(diào)。
• V6：通過I2C串行接口設置為0V、1.8V、2.5V或3.0V。
• V7：只要ON1為高電平且V1處于穩(wěn)壓狀態(tài)，V7跟蹤V1的電壓；當ON1為低電平或V1失穩(wěn)時，V7切換到備用電池（VBKBT）。

電感選擇

選擇合適的電感對于降壓轉換器的效率至關重要。一般來說，要使電感電流連續(xù)以實現(xiàn)最佳效率。合理的電感值LIDEAL可根據(jù)相關公式計算得出，同時要確保電感的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。電感值大于LIDEAL可優(yōu)化效率或獲得最大可能的輸出電流，但過大可能會導致電感尺寸過大或電阻增加而降低效率；較小的電感值可使電感尺寸更小，但會導致給定負載下的峰值電感電流增大，可能需要更大的輸出電容來抑制輸出紋波。

電容選擇

• 輸入電容：DC - DC轉換器的輸入電容可減少從電池或其他輸入電源汲取的電流峰值，降低控制器中的開關噪聲。其在開關頻率下的阻抗應小于輸入源的阻抗，以避免高頻開關電流通過輸入源。
• 輸出電容：輸出電容可保持輸出紋波小，并確?？刂骗h(huán)的穩(wěn)定性。它在開關頻率下也必須具有低阻抗，陶瓷、聚合物和鉭電容都適用，其中陶瓷電容的ESR和高頻阻抗最低。輸出紋波可根據(jù)相關公式進行計算。

補償和穩(wěn)定性

對于REG1、REG2和REG3的補償，需要考慮跨導、電流感測放大器的跨阻、反饋調(diào)節(jié)電壓、降壓輸出電壓和輸出負載等效電阻等因素。關鍵步驟是設置補償RC零點以抵消RLOAD COUT極點，并將環(huán)路交叉頻率設置在開關頻率的約1/10或更低。通過具體的計算示例，可以確定補償電容、電阻和輸出濾波電容的值。

PCB布局和布線

良好的PCB布局對于實現(xiàn)最佳性能至關重要。承載不連續(xù)電流的導體和任何高電流路徑應盡可能短而寬。應使用一個單獨的低噪聲接地平面，將參考和信號接地連接到電源接地平面的一點，以最小化電源接地電流的影響。通常，接地平面最好在IC處連接。同時，電壓反饋網(wǎng)絡應靠近IC，高dV/dt節(jié)點應盡可能小，并遠離高阻抗節(jié)點。

應用案例與配置

擴展最大核心電壓范圍

在某些情況下，可能需要更高的CPU核心電壓。可以通過添加兩個電阻來增加V3的電壓范圍，具體電阻值和輸出電壓的計算公式在文檔中有詳細說明。

備用電池和V7配置

• 主備用電池：可直接將鋰硬幣電池連接到BKBT，V7從V1（如果啟用）或備用電池為CPU VCC_BATT供電。
• 無備用電池或替代備用方案：若不使用備用電池，或采用不涉及MAX1586/MAX1587的替代備用方案，應使用小硅二極管（如1N4148）將BKBT從IN偏置。因為DBO、RSO和POK需要BKBT供電才能正常工作，若BKBT未供電，這些輸出將不工作且為高阻抗。
• 可充電Li +備用電池：當需要更多備用電源且主電池容量不足時，可使用可充電鋰電池。當3.3V的V1電源激活時，通過串聯(lián)電阻和二極管為電池充電。
• 可充電NiMH備用電池：在某些系統(tǒng)中，可能希望使用NiMH電池作為備用電源。通常需要多個電池，因為典型的NiMH電池電壓僅為1.2V。通過添加一個小型DC - DC轉換器（如MAX1724），可將低電池電壓升壓至3V以偏置BKBT。

總結

MAX1586/MAX1587 PMIC憑借其集成度高、效率高、低功耗以及豐富的功能和靈活的配置選項，為使用英特爾XScale微處理器的智能設備提供了優(yōu)秀的電源管理解決方案。無論是對于電源效率有嚴格要求的便攜式設備，還是對電源穩(wěn)定性和管理功能有較高期望的應用場景，這兩款芯片都能很好地滿足需求。在實際設計中，只要按照設計指南進行合理的參數(shù)設置、組件選擇和PCB布局，就能充分發(fā)揮MAX1586/MAX1587的性能優(yōu)勢。各位工程師朋友們，不妨在自己的項目中嘗試一下這款出色的PMIC，說不定能為你的設計帶來意想不到的效果。你在使用類似電源管理芯片時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。