深入解析MAX8660/MAX8661 PMIC：移動應(yīng)用電源管理利器

一、引言

在當(dāng)今移動設(shè)備飛速發(fā)展的時(shí)代，對于高性能、低功耗的電源管理解決方案需求愈發(fā)迫切。MAXIM推出的MAX8660/MAX8661 電源管理集成電路（PMIC），憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為了智能蜂窩電話、PDAs、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和其他便攜式設(shè)備的理想之選。本文將對這兩款PMIC進(jìn)行全面、深入的分析，為電子工程師們在設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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二、產(chǎn)品概述

（一）功能集成

MAX8660/MAX8661集成了四個(gè)降壓DC - DC輸出、三個(gè)線性穩(wěn)壓器和一個(gè)始終開啟的LDO，同時(shí)具備強(qiáng)大的電源管理功能。它能夠?yàn)閼?yīng)用處理器（AP）、內(nèi)存、I/O及其他外設(shè)提供穩(wěn)定的電源供應(yīng)。其中，兩個(gè)動態(tài)控制的DC - DC輸出為處理器核心和內(nèi)部內(nèi)存供電，另外兩個(gè)DC - DC轉(zhuǎn)換器則為I/O、內(nèi)存和其他外設(shè)供電。此外，還具備輸出的開關(guān)控制、低電池檢測、復(fù)位輸出以及2線I2C串行接口等功能。MAX8661與MAX8660功能相似，但缺少REG1降壓穩(wěn)壓器和REG7線性穩(wěn)壓器。

（二）高性能特點(diǎn)

1. 高效轉(zhuǎn)換：所有降壓DC - DC輸出采用快速2MHz PWM開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)高效率的電源轉(zhuǎn)換。在不同負(fù)載情況下，它會自動從PWM模式切換到高效輕載模式，降低工作電流，延長電池壽命。同時(shí)，還提供強(qiáng)制PWM選項(xiàng)，可在所有負(fù)載下實(shí)現(xiàn)低噪聲運(yùn)行。
2. 寬輸入電壓范圍與保護(hù)：工作輸入電壓范圍為2.6V至6.0V，可適配1節(jié)Li+電池、3節(jié)NiMH或5V輸入。具備欠壓和過壓鎖定功能，過壓鎖定可保護(hù)設(shè)備免受高達(dá)7.5V的輸入電壓影響。
3. 低靜態(tài)電流：具有較低的靜態(tài)電流（IQ），在不同工作模式下功耗表現(xiàn)出色，如在深度睡眠模式下電流僅為20μA。

三、產(chǎn)品詳細(xì)參數(shù)

（一）絕對最大額定值

該部分規(guī)定了產(chǎn)品在極端條件下能夠承受的最大電壓、電流、功率等參數(shù)。例如，各引腳相對于AGND的電壓范圍在 - 0.3V至 + 7.5V之間，不同引腳的連續(xù)RMS電流也有相應(yīng)的限制。同時(shí)，對工作溫度、儲存溫度、結(jié)溫以及焊接溫度等都有明確的界定。電子工程師在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格遵循這些參數(shù)，以確保產(chǎn)品的可靠性和安全性。

（二）電氣特性

1. 輸入電源：PV1、PV2、PV3、PV4、IN和IN8的供應(yīng)電壓范圍為2.6V至6.0V，欠壓鎖定閾值和過壓鎖定閾值在不同的電壓上升和下降情況下有具體的值。輸入電流在不同工作模式和負(fù)載條件下也有所不同，例如在僅V8開啟的深度睡眠模式下為20μA，而在所有輸出開啟的運(yùn)行模式下為250μA。
2. 降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器：
   • REG1（僅MAX8660有）：可輸出高達(dá)1200mA，效率高達(dá)96%。輸出電壓（V1）可通過SET1輸入選擇，有三種預(yù)設(shè)電壓。EN1為專用使能輸入，具備滯后特性，便于實(shí)現(xiàn)手動排序。
   • REG2：輸出高達(dá)900mA，效率同樣可達(dá)96%。輸出電壓（V2）通過SET2輸入選擇，也有三種預(yù)設(shè)電壓。EN2為使能輸入，具備滯后特性。
   • REG3和REG4：輸出電壓可通過I2C接口在0.725V至1.8V之間以25mV的增量進(jìn)行調(diào)節(jié)。REG3默認(rèn)輸出電壓對于MAX8660/MAX8660A/MAX8661為1.4V，對于MAX8660B為1.15V，可輸出高達(dá)1.6A；REG4默認(rèn)輸出電壓同樣情況，可輸出高達(dá)400mA。它們有I2C使能位和共享硬件使能引腳（EN34）。
3. 線性穩(wěn)壓器：
   • REG5：輸出電壓可通過I2C接口在1.7V至2.0V之間以25mV的增量進(jìn)行調(diào)節(jié)，默認(rèn)電壓為1.8V，可輸出高達(dá)200mA。
   • REG6/REG7：分別可輸出高達(dá)500mA，輸出電壓（V6和V7）可通過串行接口在1.8V至3.3V之間以0.1V的步長進(jìn)行編程。
   • REG8：始終開啟，輸出穩(wěn)定的3.3V電壓，可供應(yīng)高達(dá)30mA的電流。
4. 低電池檢測器：LBO為開漏輸出，通過LBF和LBR監(jiān)測輸入電壓，當(dāng)LBF低于閾值時(shí)，LBO拉低，用于指示電池已移除或放電。
5. 復(fù)位功能：RSO為開漏復(fù)位輸出，當(dāng)滿足特定條件（如MR為低、V8低于閾值、VIN低于欠壓鎖定閾值或高于過壓鎖定閾值）時(shí)拉低，可使處理器進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，并將I2C寄存器重置為默認(rèn)值。

（三）典型工作特性

文檔中給出了一系列典型工作特性曲線，包括靜態(tài)電流與輸入電壓的關(guān)系、開關(guān)頻率與輸入電壓和溫度的關(guān)系，以及各穩(wěn)壓器的輸出電壓與輸入電壓、負(fù)載電流、溫度的關(guān)系等。這些特性曲線有助于工程師更好地了解產(chǎn)品在不同工作條件下的性能，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

四、引腳說明

詳細(xì)介紹了每個(gè)引腳的名稱和功能，這對于電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。例如：

• IN5：REG5的電源輸入引腳，為了滿足Marvell PXA3xx處理器的排序要求，通常將其連接到IN。
• V1 - V8：分別為不同穩(wěn)壓器的輸出引腳，為相應(yīng)的電源域供電。
• EN1、EN2、EN34、EN5：使能輸入引腳，用于控制對應(yīng)穩(wěn)壓器的開啟和關(guān)閉。
• SCL和SDA：I2C串行接口的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線，用于與主設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對PMIC的各種功能控制。

工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際需求和產(chǎn)品的引腳功能，合理連接各個(gè)引腳，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

五、工作模式與電源排序

（一）降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器工作模式

REG1 - REG4可獨(dú)立工作在正常或強(qiáng)制PWM模式。上電或復(fù)位后，默認(rèn)進(jìn)入正常模式。在正常模式下，輕載時(shí)可根據(jù)負(fù)載需求進(jìn)行開關(guān)切換，提高效率；而在強(qiáng)制PWM模式下，無論輸出負(fù)載如何，轉(zhuǎn)換器都以恒定的2MHz開關(guān)頻率工作，輸出電壓紋波小，適用于低噪聲系統(tǒng)，但輕載時(shí)功耗較高。

（二）電源排序

MAX8660/MAX8661具有多個(gè)使能信號，可根據(jù)不同的應(yīng)用場景靈活配置。在與Marvell PXA3xx處理器的典型應(yīng)用中，EN1、EN2和EN5通常連接到SYS_EN輸出，EN34通常連接到Marvell的PWR_EN輸出。電源上電順序一般為V8、V5、V1和V2、V3和V4，而REG6和REG7可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行上電和下電操作。

六、I2C接口

（一）功能概述

I2C接口是控制MAX8660/MAX8661多種功能的關(guān)鍵。通過該接口，可以設(shè)置V3 - V7的輸出電壓，將四個(gè)降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器置于強(qiáng)制PWM操作模式，啟用REG3和REG4，以及激活REG6和REG7。

（二）通信細(xì)節(jié)

• 數(shù)據(jù)傳輸：每一個(gè)SCL時(shí)鐘周期傳輸一位數(shù)據(jù)，SDA上的數(shù)據(jù)在SCL時(shí)鐘脈沖的高電平期間必須保持穩(wěn)定。傳輸序列由START條件和STOP條件界定，每個(gè)數(shù)據(jù)包包含8位數(shù)據(jù)和1位確認(rèn)位。
• 起始和停止條件：當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA由高到低的轉(zhuǎn)換為START條件，啟動通信；SDA由低到高的轉(zhuǎn)換為STOP條件，結(jié)束通信。
• 確認(rèn)位：主設(shè)備和PMIC在接收數(shù)據(jù)時(shí)都會生成確認(rèn)位，通過監(jiān)測確認(rèn)位可以檢測數(shù)據(jù)傳輸是否成功。
• 從機(jī)地址：主機(jī)通過發(fā)送從機(jī)地址與PMIC進(jìn)行通信，MAX8660/MAX8661為只寫設(shè)備，其R/W位始終為0。Marvell PXA3xx處理器支持0x68（SRAD = GND）作為I2C從機(jī)地址。
• 寫入?yún)f(xié)議：支持“寫字節(jié)”協(xié)議和多字節(jié)寄存器 - 數(shù)據(jù)對協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)向單個(gè)寄存器或多個(gè)寄存器寫入數(shù)據(jù)的功能。

七、設(shè)計(jì)流程與注意事項(xiàng)

（一）輸出電壓設(shè)置

REG1和REG2的輸出電壓可通過SET1和SET2輸入進(jìn)行預(yù)設(shè)，而V8固定為3.3V。V3 - V7的輸出電壓則通過I2C接口進(jìn)行設(shè)置。需要注意的是，在強(qiáng)制PWM模式下且輸入電壓大于4.3V時(shí)，REG3和REG4的最小輸出電壓會受到限制。

（二）電感選擇

根據(jù)公式計(jì)算每個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器（REG1 - REG4）的理想電感值，以確保合適的電感電流紋波。同時(shí)，要保證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。電感值的選擇會影響輸出電流和輸出電壓的響應(yīng)時(shí)間，工程師需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行權(quán)衡。

（三）電容選擇

• 輸入電容：用于減少從電池或其他輸入電源吸取的電流峰值，降低控制器中的開關(guān)噪聲。應(yīng)選擇陶瓷電容，確保其在開關(guān)頻率下的阻抗小于輸入源的阻抗，并滿足輸入紋波電流要求。
• 輸出電容：保持輸出紋波小，確?？刂骗h(huán)路的穩(wěn)定性。陶瓷、聚合物和鉭電容都適用，其中陶瓷電容具有最低的ESR和高頻阻抗。

（四）降壓轉(zhuǎn)換器輸出電流計(jì)算

文檔中提供了計(jì)算降壓轉(zhuǎn)換器最大輸出電流的方法，需要考慮p通道電流限制閾值、n通道導(dǎo)通電阻、振蕩器頻率、電感值等參數(shù)。通過合理計(jì)算，可以確保在不同應(yīng)用場景下滿足輸出電流的需求。

（五）散熱與PCB布局

為了防止熱過載，確保每個(gè)穩(wěn)壓器能夠提供最大負(fù)載電流，需要將MAX8660/MAX8661的熱量有效地散發(fā)到PCB板上。良好的PCB布局對于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要，例如將每個(gè)電源輸入對的旁路電容盡可能靠近IC放置，將暴露焊盤（EP）連接到接地平面，并使用多個(gè)過孔進(jìn)行散熱。

八、結(jié)語

MAX8660/MAX8661 PMIC以其強(qiáng)大的功能、高效的性能和豐富的配置選項(xiàng)，為移動應(yīng)用的電源管理提供了全面而可靠的解決方案。對于電子工程師來說，深入了解該產(chǎn)品的特性、參數(shù)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，能夠在實(shí)際應(yīng)用中充分發(fā)揮其優(yōu)勢，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的移動設(shè)備電源管理方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，還需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和硬件平臺，靈活運(yùn)用各種功能和參數(shù)，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳的性能和可靠性。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評論區(qū)交流分享。