深入解析MAX8660/MAX8661 PMIC：移動應用電源管理利器

一、引言

在當今移動設備飛速發展的時代，對于高性能、低功耗的電源管理解決方案需求愈發迫切。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、互聯網設備和其他便攜式設備的理想之選。本文將對這兩款PMIC進行全面、深入的分析，為電子工程師們在設計中提供有價值的參考。

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二、產品概述

（一）功能集成

MAX8660/MAX8661集成了四個降壓DC - DC輸出、三個線性穩壓器和一個始終開啟的LDO，同時具備強大的電源管理功能。它能夠為應用處理器（AP）、內存、I/O及其他外設提供穩定的電源供應。其中，兩個動態控制的DC - DC輸出為處理器核心和內部內存供電，另外兩個DC - DC轉換器則為I/O、內存和其他外設供電。此外，還具備輸出的開關控制、低電池檢測、復位輸出以及2線I2C串行接口等功能。MAX8661與MAX8660功能相似，但缺少REG1降壓穩壓器和REG7線性穩壓器。

（二）高性能特點

1. 高效轉換：所有降壓DC - DC輸出采用快速2MHz PWM開關，能夠實現高效率的電源轉換。在不同負載情況下，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，還提供強制PWM選項，可在所有負載下實現低噪聲運行。
2. 寬輸入電壓范圍與保護：工作輸入電壓范圍為2.6V至6.0V，可適配1節Li+電池、3節NiMH或5V輸入。具備欠壓和過壓鎖定功能，過壓鎖定可保護設備免受高達7.5V的輸入電壓影響。
3. 低靜態電流：具有較低的靜態電流（IQ），在不同工作模式下功耗表現出色，如在深度睡眠模式下電流僅為20μA。

三、產品詳細參數

（一）絕對最大額定值

該部分規定了產品在極端條件下能夠承受的最大電壓、電流、功率等參數。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RMS電流也有相應的限制。同時，對工作溫度、儲存溫度、結溫以及焊接溫度等都有明確的界定。電子工程師在設計時必須嚴格遵循這些參數，以確保產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行模式下為250μA。
2. 降壓DC - DC轉換器：
   • REG1（僅MAX8660有）：可輸出高達1200mA，效率高達96%。輸出電壓（V1）可通過SET1輸入選擇，有三種預設電壓。EN1為專用使能輸入，具備滯后特性，便于實現手動排序。
   • REG2：輸出高達900mA，效率同樣可達96%。輸出電壓（V2）通過SET2輸入選擇，也有三種預設電壓。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的增量進行調節。REG3默認輸出電壓對于MAX8660/MAX8660A/MAX8661為1.4V，對于MAX8660B為1.15V，可輸出高達1.6A；REG4默認輸出電壓同樣情況，可輸出高達400mA。它們有I2C使能位和共享硬件使能引腳（EN34）。
3. 線性穩壓器：
   • REG5：輸出電壓可通過I2C接口在1.7V至2.0V之間以25mV的增量進行調節，默認電壓為1.8V，可輸出高達200mA。
   • REG6/REG7：分別可輸出高達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的步長進行編程。
   • REG8：始終開啟，輸出穩定的3.3V電壓，可供應高達30mA的電流。
4. 低電池檢測器：LBO為開漏輸出，通過LBF和LBR監測輸入電壓，當LBF低于閾值時，LBO拉低，用于指示電池已移除或放電。
5. 復位功能：RSO為開漏復位輸出，當滿足特定條件（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）時拉低，可使處理器進入復位狀態，并將I2C寄存器重置為默認值。

（三）典型工作特性

文檔中給出了一系列典型工作特性曲線，包括靜態電流與輸入電壓的關系、開關頻率與輸入電壓和溫度的關系，以及各穩壓器的輸出電壓與輸入電壓、負載電流、溫度的關系等。這些特性曲線有助于工程師更好地了解產品在不同工作條件下的性能，從而進行合理的設計和優化。

四、引腳說明

詳細介紹了每個引腳的名稱和功能，這對于電路設計至關重要。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：分別為不同穩壓器的輸出引腳，為相應的電源域供電。
• EN1、EN2、EN34、EN5：使能輸入引腳，用于控制對應穩壓器的開啟和關閉。
• SCL和SDA：I2C串行接口的時鐘和數據線，用于與主設備進行通信，實現對PMIC的各種功能控制。

工程師在設計電路時，需要根據實際需求和產品的引腳功能，合理連接各個引腳，確保整個系統的正常運行。

五、工作模式與電源排序

（一）降壓DC - DC轉換器工作模式

REG1 - REG4可獨立工作在正常或強制PWM模式。上電或復位后，默認進入正常模式。在正常模式下，輕載時可根據負載需求進行開關切換，提高效率；而在強制PWM模式下，無論輸出負載如何，轉換器都以恒定的2MHz開關頻率工作，輸出電壓紋波小，適用于低噪聲系統，但輕載時功耗較高。

（二）電源排序

MAX8660/MAX8661具有多個使能信號，可根據不同的應用場景靈活配置。在與Marvell PXA3xx處理器的典型應用中，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可根據應用需求進行上電和下電操作。

六、I2C接口

（一）功能概述

I2C接口是控制MAX8660/MAX8661多種功能的關鍵。通過該接口，可以設置V3 - V7的輸出電壓，將四個降壓DC - DC轉換器置于強制PWM操作模式，啟用REG3和REG4，以及激活REG6和REG7。

（二）通信細節

• 數據傳輸：每一個SCL時鐘周期傳輸一位數據，SDA上的數據在SCL時鐘脈沖的高電平期間必須保持穩定。傳輸序列由START條件和STOP條件界定，每個數據包包含8位數據和1位確認位。
• 起始和停止條件：當SCL為高電平時，SDA由高到低的轉換為START條件，啟動通信；SDA由低到高的轉換為STOP條件，結束通信。
• 確認位：主設備和PMIC在接收數據時都會生成確認位，通過監測確認位可以檢測數據傳輸是否成功。
• 從機地址：主機通過發送從機地址與PMIC進行通信，MAX8660/MAX8661為只寫設備，其R/W位始終為0。Marvell PXA3xx處理器支持0x68（SRAD = GND）作為I2C從機地址。
• 寫入協議：支持“寫字節”協議和多字節寄存器 - 數據對協議，可實現向單個寄存器或多個寄存器寫入數據的功能。

七、設計流程與注意事項

（一）輸出電壓設置

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

（二）電感選擇

根據公式計算每個降壓轉換器（REG1 - REG4）的理想電感值，以確保合適的電感電流紋波。同時，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時間，工程師需要根據實際需求進行權衡。

（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噪聲。應選擇陶瓷電容，確保其在開關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，確保控制環路的穩定性。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）降壓轉換器輸出電流計算

文檔中提供了計算降壓轉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通道導通電阻、振蕩器頻率、電感值等參數。通過合理計算，可以確保在不同應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，確保每個穩壓器能夠提供最大負載電流，需要將MAX8660/MAX8661的熱量有效地散發到PCB板上。良好的PCB布局對于實現最佳性能至關重要，例如將每個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，并使用多個過孔進行散熱。

八、結語

MAX8660/MAX8661 PMIC以其強大的功能、高效的性能和豐富的配置選項，為移動應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，深入了解該產品的特性、參數和設計要點，能夠在實際應用中充分發揮其優勢，設計出更加優秀的移動設備電源管理方案。在實際設計過程中，還需要根據具體的應用需求和硬件平臺，靈活運用各種功能和參數，不斷優化設計，以達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特的設計思路呢？歡迎在評論區交流分享。