電子工程師必備：MAX1686/MAX1686H SIM卡電荷泵解析

在電子設(shè)備不斷發(fā)展的今天，為了滿足各類應(yīng)用場景的需求，電子工程師們對于電源管理芯片的要求也越來越高。特別是在便攜式設(shè)備中，如GSM手機、PCS電話等，需要穩(wěn)定、高效的電源來驅(qū)動雙電壓用戶識別模塊（SIM卡）。MAXIM公司的MAX1686/MAX1686H就是這樣一款專為SIM卡設(shè)計的3V到5V調(diào)節(jié)電荷泵芯片，能夠為我們的設(shè)計帶來諸多便利。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1686/MAX1686H主要用于便攜式設(shè)備中的雙電壓SIM卡供電，像常見的GSM手機就會用到它。它可以將2.7V - 4.2V的輸入電壓，通過1MHz的電荷泵轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的5V輸出。其中，MAX1686H標稱輸出電壓為5.0V，而MAX1686則設(shè)定為4.75V，這樣做是為了減少SIM卡的電流消耗。這款芯片的靜態(tài)電源電流僅為45μA，如果是為3V的SIM卡供電且電荷泵禁用時，電流還能降至3μA，非常適合對功耗要求較高的設(shè)備。此外，芯片內(nèi)部還有輸入/輸出短路開關(guān)，可直接為3V的SIM卡供電。

二、產(chǎn)品特性

（1）寬輸入電壓范圍

其輸入電壓范圍為2.7V - 4.2V，能夠適應(yīng)多種電源環(huán)境，為不同的應(yīng)用場景提供了靈活的選擇。

（2）低功耗設(shè)計

靜態(tài)電源電流低至45μA，關(guān)機模式下僅為0.1μA，大大降低了設(shè)備的整體功耗，延長了電池的使用時間。

（3）穩(wěn)定的輸出電壓

MAX1686H輸出5.0V，MAX1686輸出4.75V，能夠為SIM卡提供穩(wěn)定的電源，保證其正常工作。

（4）小尺寸與外部元件少

采用超小的8引腳μMAX封裝，且只需三個外部電容，節(jié)省了電路板空間，降低了成本。

（5）多種保護功能

具備軟啟動和短路保護功能，能夠有效保護芯片和電路，提高設(shè)備的可靠性。

三、引腳說明

四、工作模式

（1）3V模式

當(dāng)3 / 5引腳接輸入電壓（3 / 5 = IN）時，芯片處于3V模式。此時，輸入通過一個2.5Ω的開關(guān)直接連接到輸出，為3V的SIM卡供電。

（2）5V模式

當(dāng)3 / 5引腳接地（3 / 5 = GND）時，進入5V模式。MAX1686輸出電壓穩(wěn)定在4.75V，MAX1686H為5.00V，能夠提供超過12mA的負載電流。

五、關(guān)鍵特性解析

（1）電荷泵控制

MAX1686采用Skip Mode控制來調(diào)節(jié)輸出電壓，提高了在大輸出電流范圍內(nèi)的效率。通過一個50%占空比的振蕩器，在半個周期內(nèi)讓傳輸電容（CX）充電到輸入電壓，另一半周期則將CX上的電壓與輸入電壓疊加后傳輸?shù)捷敵鰹V波電容（COUT）。

（2）軟啟動

在5V模式下，通過軟啟動控制將啟動電流限制在200mA左右。當(dāng)輸出電壓低于VIN / 2時，輸入通過一個50Ω的P溝道MOSFET連接到輸出，同時電荷泵禁用；當(dāng)輸出電壓在VIN / 2和4.75V（MAX1686H為5.00V）之間時，電荷泵啟動，但開關(guān)S2的導(dǎo)通電阻限制在50Ω，減少了啟動時的電流浪涌。在3V模式下，啟動電流也會被同樣的MOSFET限制，直到輸出電壓超過VIN / 2，導(dǎo)通電阻再降至2.5Ω。

（3）關(guān)機模式

將SHDN引腳拉低，芯片進入關(guān)機模式，振蕩器、控制邏輯和參考電壓被禁用，無負載電源電流降至1μA以下，輸出通過內(nèi)部N溝道FET主動放電并與輸入斷開。

六、應(yīng)用設(shè)計要點

（1）電容選擇

芯片只需要三個外部電容，電容值與輸出電流能力、噪聲和開關(guān)頻率密切相關(guān)。一般來說，傳輸電容（CX）最小，輸入電容（CIN）是CX的兩倍，輸出電容（COUT）是CX的10 - 50倍。對于輸入電壓低至2.7V的情況，建議使用 (C_{IN}=0.47 mu F) ， (C x=0.22 mu F) 和 (COUT =10 mu F) 的電容。同時，較小的輸入電壓要求使用低ESR的電容，如陶瓷電容，以減少噪聲并提高效率。 在設(shè)計使用MAX1686/MAX1686H芯片的電路時，電容的選擇至關(guān)重要，尤其是電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）對電源電路的性能有著顯著影響。我剛剛嘗試搜索“電容ESR對電源電路的影響”，但暫時未獲取到相關(guān)結(jié)果，后續(xù)我會繼續(xù)為大家分析這一要點。

（2）布局考慮

由于芯片的開關(guān)頻率高且峰值電流大，PCB布局設(shè)計非常重要。所有電容應(yīng)盡量靠近芯片焊接，并且接地和電源接地需要通過短的低阻抗走線連接。可以利用電路板上多余的銅箔作為偽接地平面，多層電路板則應(yīng)采用組件側(cè)銅填充的星形接地方式，再通過過孔連接到內(nèi)部接地平面。同時，要確保負載直接連接在輸出濾波電容兩端。

七、總結(jié)

MAX1686/MAX1686H作為一款專為SIM卡設(shè)計的3V到5V調(diào)節(jié)電荷泵芯片，憑借其寬輸入電壓范圍、低功耗、穩(wěn)定輸出、小尺寸和多種保護功能等優(yōu)勢，非常適合應(yīng)用于各類便攜式設(shè)備。在實際設(shè)計中，只要合理選擇外部電容和優(yōu)化PCB布局，就能充分發(fā)揮芯片的性能，為電子設(shè)備提供穩(wěn)定、高效的電源解決方案。各位電子工程師朋友們，在你們的設(shè)計中有沒有遇到過類似的電源管理問題呢？不妨在評論區(qū)分享一下你們的經(jīng)驗。