高效低功耗：探索MAX1586/MAX1587 PMIC的卓越性能與應(yīng)用

在當(dāng)今便攜式電子設(shè)備飛速發(fā)展的時(shí)代，對(duì)于高效、低功耗電源管理集成電路（PMIC）的需求愈發(fā)迫切。特別是像智能手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）以及互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備這類需要強(qiáng)大計(jì)算和多媒體功能，同時(shí)又要保證長(zhǎng)續(xù)航的設(shè)備，一款合適的PMIC起著至關(guān)重要的作用。今天，我們就來深入探討一下Maxim推出的MAX1586/MAX1587系列PMIC，看看它是如何滿足這些設(shè)備的電源管理需求的。

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一、產(chǎn)品概述

MAX1586/MAX1587是專門為使用英特爾XScale微處理器的設(shè)備優(yōu)化的電源管理IC，適用于第三代智能手機(jī)、PDA、互聯(lián)網(wǎng)電器和其他低功耗且需要強(qiáng)大計(jì)算與多媒體能力的便攜式設(shè)備，其中MAX1586A/MAX1586B/ MAX1587A還符合英特爾處理器電源規(guī)格。

這款I(lǐng)C集成了七個(gè)高性能、低工作電流的電源供應(yīng)以及監(jiān)督和管理功能。具體包括三個(gè)降壓型DC - DC輸出（V1、V2和V3）、三個(gè)線性穩(wěn)壓器（V4、V5和V6）和一個(gè)始終開啟的輸出V7（英特爾VCC_BATT），能夠?yàn)樵O(shè)備的不同模塊提供穩(wěn)定的電源。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)

2.1 多電源集成與靈活輸出

• 降壓型DC - DC轉(zhuǎn)換器： V1可為I/O和外設(shè)提供3.3V或可調(diào)輸出電壓，最大負(fù)載能力達(dá)1300mA；V2在MAX1586A和MAX1587A中預(yù)設(shè)為1.8V或2.5V，在MAX1586B中預(yù)設(shè)為3.3V或2.5V，也可通過外部電阻調(diào)整，最大負(fù)載能力為900mA；V3通過I2C串行接口設(shè)置輸出電壓，范圍為0.7V至1.475V，以25mV為步進(jìn)，MAX1586A、MAX1586B和MAX1587A可提供高達(dá)500mA的負(fù)載電流，而MAX1586C和MAX1587C則可提供高達(dá)1A的負(fù)載電流。這種靈活的輸出設(shè)置能夠滿足不同設(shè)備和不同工作模式下對(duì)電源的需求。

• 線性穩(wěn)壓器： V4為PLL提供固定的1.3V輸出，最大負(fù)載35mA；V5為CPU SRAM提供固定的1.1V輸出，最大負(fù)載35mA；V6僅在MAX1586中存在，通過I2C串行接口可將輸出電壓設(shè)置為0V、1.8V、2.5V或3.0V，最大負(fù)載35mA。線性穩(wěn)壓器能夠提供穩(wěn)定的低噪聲電源，適用于對(duì)電源質(zhì)量要求較高的模塊。

• 始終開啟的輸出V7： V7始終處于活動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)ON1為高且V1正常調(diào)節(jié)時(shí)，V7由V1供電；當(dāng)ON1為低或V1調(diào)節(jié)異常時(shí)，V7由備用電池（BKBT）供電，最大負(fù)載能力為30mA，可連接到英特爾CPU的VCC_BATT引腳，為設(shè)備提供不間斷的電源支持。

2.2 低功耗設(shè)計(jì)

為了最大程度地減少電池消耗，MAX1586/MAX1587在設(shè)計(jì)上采取了多種低功耗措施。V1和V2配備了旁路“睡眠”LDO，在輸出電流非常低時(shí)可激活，以降低靜態(tài)電流。不同工作模式下的靜態(tài)電流也非常低，例如在睡眠模式下（V1和V2的睡眠LDO開啟），電流僅為60μA；在深度睡眠模式下，除V7外所有電源關(guān)閉，V7由備用電池供電，電流可低至4μA。這種低功耗設(shè)計(jì)能夠顯著延長(zhǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間。

2.3 高效PWM開關(guān)與模式切換

所有DC - DC輸出均采用快速的1MHz PWM開關(guān)和小型外部組件。它們以固定頻率PWM控制運(yùn)行，并在輕負(fù)載時(shí)自動(dòng)從PWM模式切換到跳過模式，以降低工作電流并延長(zhǎng)電池壽命。V3核心輸出還能夠在所有負(fù)載條件下強(qiáng)制進(jìn)入PWM模式，以最小化噪聲。這種模式切換機(jī)制能夠根據(jù)負(fù)載情況動(dòng)態(tài)調(diào)整工作模式，提高電源轉(zhuǎn)換效率。

2.4 豐富的監(jiān)督與管理功能

• 欠壓鎖定（UVLO）：當(dāng)輸入電壓低于2.35V（典型值）時(shí)，UVLO電路會(huì)禁用IC，同時(shí)輸入保持高阻抗，減少電池負(fù)載。在這種情況下，所有串行寄存器在輸入電壓低至至少2.35V時(shí)仍能保持?jǐn)?shù)據(jù)。

• 復(fù)位輸出（RSO）和MR輸入：RSO輸出在MR輸入為低或V7低于2.425V時(shí)為低。當(dāng)V7超過2.3V且VIN > 2.4V時(shí)，內(nèi)部定時(shí)器會(huì)延遲RSO的釋放65ms；若VIN < 2.4V時(shí)V7超過2.3V，或VIN和V7同時(shí)上升，RSO會(huì)立即釋放，無65ms延遲。MR是用于硬件復(fù)位的手動(dòng)復(fù)位輸入，低輸入會(huì)使RSO輸出至少低65ms，并將V3輸出重置為默認(rèn)的1.3V設(shè)置。

• 死電池和低電池比較器（DBI、LBI）：DBI和LBI輸入監(jiān)控輸入電源（通常是電池），并觸發(fā)DBO和LBO輸出。死電池比較器在電池（VIN）放電至死電池閾值時(shí)觸發(fā)DBO，低電池比較器在電池電壓低于低電池閾值時(shí)觸發(fā)LBO。這些閾值可以通過連接相應(yīng)引腳到IN來選擇工廠預(yù)設(shè)值，也可以通過電阻分壓器進(jìn)行編程。

• 電源就緒輸出（POK）：POK是一個(gè)開漏輸出，當(dāng)任何激活的穩(wěn)壓器（V1 - V6）低于其調(diào)節(jié)閾值時(shí)為低。POK不監(jiān)控V7，當(dāng)所有激活的輸出電壓在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的±10%以內(nèi)時(shí)，POK為高阻抗。在V3通過串行編程進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換期間或任何穩(wěn)壓器通道關(guān)閉時(shí)，POK不會(huì)標(biāo)記失調(diào)狀態(tài)。

2.5 串行接口控制

MAX1586/MAX1587配備了與I2C兼容的雙線串行接口，用于控制REG3（MAX1587）和REG3、REG6（MAX1586）。該接口在VIN超過2.40V的UVLO閾值且至少一個(gè)ON1 - ON6引腳被置位時(shí)工作。通過串行接口，可以方便地對(duì)V3和V6的輸出電壓進(jìn)行編程，為設(shè)備的電源管理提供了更大的靈活性。

三、詳細(xì)工作原理與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 降壓型DC - DC轉(zhuǎn)換器的工作原理

以V1和V2為例，它們是1MHz電流模式降壓轉(zhuǎn)換器。在中等到重負(fù)載情況下，轉(zhuǎn)換器以低噪聲PWM模式運(yùn)行，具有恒定頻率和調(diào)制脈沖寬度。固定頻率操作產(chǎn)生的開關(guān)諧波是一致的，便于濾波。在輕負(fù)載（<30mA典型值）下，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入Idle Mode?，僅在需要時(shí)進(jìn)行切換以滿足負(fù)載需求，從而提高效率。

同步整流功能通過內(nèi)部n溝道同步整流器消除了對(duì)外部肖特基二極管的需求，提高了效率。在每個(gè)周期的后半段（關(guān)斷時(shí)間），同步整流器導(dǎo)通，此時(shí)電感上的電壓反轉(zhuǎn)，電感電流下降。在正常操作（非強(qiáng)制PWM）下，同步整流器在周期結(jié)束（下一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間開始）或電感電流接近零時(shí)關(guān)斷。

當(dāng)電感電流在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)不足以滿足負(fù)載需求時(shí)，開關(guān)保持導(dǎo)通，允許進(jìn)行高達(dá)100%的占空比操作。這使得輸出電壓在輸入電壓接近調(diào)節(jié)電壓時(shí)仍能保持穩(wěn)定。例如，對(duì)于V1，800mA負(fù)載下的壓降約為180mV；對(duì)于V2，800mA負(fù)載下的壓降約為220mV。在壓降期間，高端p溝道MOSFET導(dǎo)通，控制器進(jìn)入低電流消耗模式，直到穩(wěn)壓器通道不再處于壓降狀態(tài)。

3.2 睡眠LDO的使用

除了高效的降壓型轉(zhuǎn)換器外，V1和V2還可以由低靜態(tài)電流、低壓降（LDO）線性穩(wěn)壓器供電，這些穩(wěn)壓器可在睡眠模式或負(fù)載電流非常低時(shí)使用。睡眠LDO可提供高達(dá)35mA的電流。要啟用睡眠LDO，將SLP引腳拉低；當(dāng)SLP為高時(shí)，開關(guān)降壓型轉(zhuǎn)換器處于活動(dòng)狀態(tài)。睡眠LDO的輸出電壓設(shè)置與開關(guān)降壓型轉(zhuǎn)換器相同。

3.3 輸出電壓設(shè)置

• V1和V2：V1可預(yù)設(shè)為3.3V（將FB1連接到GND），也可通過電阻分壓器調(diào)整輸出電壓。V2在不同型號(hào)中有不同的預(yù)設(shè)值，可通過連接FB2到IN或GND來設(shè)置，也可通過外部電阻調(diào)整。要將V1或V2設(shè)置為其他輸出電壓，可連接一個(gè)電阻分壓器從輸出電壓到相應(yīng)的FB輸入。由于FB_輸入偏置電流小于100nA，因此選擇低側(cè)（FB到GND）電阻（RL）為100kΩ或更小，然后使用公式 (R{H}=R{L}[(V{OUT} / 1.25)-1]) 計(jì)算高側(cè)（輸出到FB_）電阻（RH）。

• V3：V3的輸出電壓通過I2C串行接口在0.7V至1.475V之間以25mV為步進(jìn)進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)開機(jī)和復(fù)位后的輸出電壓為1.3V。

• V4和V5：V4提供固定的1.3V輸出電壓，V5提供固定的1.1V輸出電壓，不可調(diào)節(jié)。

• V6：V6的輸出電壓通過I2C串行接口設(shè)置為0V、1.8V、2.5V或3.0V，默認(rèn)開機(jī)電壓為0V。

3.4 電感和電容的選擇

• 電感選擇：MAX1586/MAX1587降壓型轉(zhuǎn)換器在連續(xù)電感電流下具有最佳效率。合理的電感值（LIDEAL）可根據(jù)公式 (left.left.begin{array}{l} triangleleft[2left(V{I N}right) × D(1-D)right] /(I{OUT(MAX)} × f{OSC}right) end{array}right)) 計(jì)算，其中D為占空比 (D = V{OUT} / V_{IN}) 。選擇電感時(shí)，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（IOUT(MAX)）。較大的電感值可以優(yōu)化效率或獲得最大可能的輸出電流，但可能會(huì)增加電感尺寸和電阻；較小的電感值允許使用更小的電感尺寸，但會(huì)導(dǎo)致給定負(fù)載下的峰值電感電流更大，可能需要更大的輸出電容來抑制輸出紋波。

• 電容選擇：輸入電容用于降低從電池或其他輸入電源汲取的電流峰值，并減少控制器中的開關(guān)噪聲。輸入電容在開關(guān)頻率下的阻抗應(yīng)小于輸入源的阻抗，以防止高頻開關(guān)電流通過輸入源。輸出電容用于保持輸出紋波小，并確保控制環(huán)路的穩(wěn)定性。輸出電容在開關(guān)頻率下也必須具有低阻抗，陶瓷、聚合物和鉭電容都是合適的選擇，其中陶瓷電容具有最低的ESR和最低的高頻阻抗。

3.5 補(bǔ)償和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

REG1、REG2和REG3的補(bǔ)償設(shè)計(jì)需要考慮跨導(dǎo)（從FB到CC）、電流感測(cè)放大器跨阻、反饋調(diào)節(jié)電壓、降壓輸出電壓和輸出負(fù)載等效電阻等因素。關(guān)鍵步驟包括設(shè)置補(bǔ)償RC零以抵消RLOAD COUT極點(diǎn)，以及將環(huán)路交叉頻率設(shè)置在或低于開關(guān)頻率的約1/10。通過合理選擇補(bǔ)償電容和電阻，可以滿足瞬態(tài)下垂要求，并確保輸出濾波器電容的COUT RLOAD極點(diǎn)與RC CC零相抵消。

四、應(yīng)用場(chǎng)景與示例電路

4.1 應(yīng)用場(chǎng)景

MAX1586/MAX1587適用于各種需要高效電源管理的便攜式設(shè)備，如智能手機(jī)、PDA、互聯(lián)網(wǎng)電器等。在這些設(shè)備中，它可以為處理器、內(nèi)存、顯示屏、通信模塊等提供穩(wěn)定的電源，同時(shí)滿足設(shè)備對(duì)低功耗和長(zhǎng)續(xù)航的要求。

4.2 示例電路

文檔中給出了MAX1586的典型應(yīng)用電路（圖6），該電路展示了各個(gè)電源模塊的連接方式以及外部組件的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體需求對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。例如，如果需要更高的CPU核心電壓，可以通過添加兩個(gè)電阻（如圖7所示）來擴(kuò)展V3的輸出電壓范圍。

五、選型指南與注意事項(xiàng)

5.1 選型指南

根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可以選擇不同型號(hào)的MAX1586/MAX1587。例如，如果需要更高的REG3輸出電流，可以選擇MAX1586C或MAX1587C；如果需要VCC_USIM線性穩(wěn)壓器和LBO、DBO電池監(jiān)測(cè)功能，可以選擇MAX1586A。具體的選型可以參考文檔中的選型指南表格。

5.2 注意事項(xiàng)

• PCB布局和布線：良好的PCB布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。攜帶不連續(xù)電流的導(dǎo)體和任何高電流路徑應(yīng)盡可能短而寬。單獨(dú)的低噪聲接地平面應(yīng)僅在一點(diǎn)連接到功率接地平面，以最小化功率接地電流的影響。電壓反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能靠近IC，高dV/dt節(jié)點(diǎn)（開關(guān)節(jié)點(diǎn)）應(yīng)盡可能小，并遠(yuǎn)離高阻抗節(jié)點(diǎn)（如FB_）。
• 備用電池配置：根據(jù)不同的系統(tǒng)配置，可以選擇不同的備用電池連接方式，如使用原電池、可充電電池或不使用備用電池。在不使用備用電池時(shí)，BKBT應(yīng)通過一個(gè)小硅二極管從IN偏置，以確保DBO、RSO和POK能夠正常工作。
• 串行接口通信：在使用I2C串行接口進(jìn)行通信時(shí)，要確保主設(shè)備（通常是微處理器）能夠正確發(fā)送地址和數(shù)據(jù)代碼。同時(shí)，要注意ACK位的監(jiān)測(cè)，以檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸是否成功。

MAX1586/MAX1587系列PMIC以其高性能、低功耗、靈活的電源輸出和豐富的監(jiān)督管理功能，為便攜式電子設(shè)備的電源管理提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)相關(guān)設(shè)備時(shí)，可以根據(jù)具體需求充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，同時(shí)注意選型和設(shè)計(jì)過程中的各項(xiàng)要點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最佳性能。你在實(shí)際使用MAX1586/MAX1587時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。