探索MAX20335：低功耗小鋰離子系統(tǒng)的理想PMIC解決方案

在如今的電子設備設計中，低功耗、高效能以及小尺寸的要求變得越來越嚴苛，尤其是在可穿戴設備和物聯網設備領域。Maxim Integrated推出的MAX20335電源管理集成電路（PMIC），正是滿足這些需求的一款優(yōu)秀產品。下面，我們就來深入探討一下MAX20335的特點、性能以及應用。

文件下載：MAX20335.pdf

一、產品概述

MAX20335是一款專為低功耗可穿戴應用設計的電池充電管理解決方案。它集成了線性電池充電器、智能電源選擇器以及多個電源優(yōu)化的外設。該產品的一大亮點是其具備兩個超低靜態(tài)電流（IQ）的降壓穩(wěn)壓器和三個超低IQ的低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器，能夠提供多達五種穩(wěn)壓輸出，且每種輸出都具有極低的靜態(tài)電流，這對于需要24/7不間斷運行的設備，如可穿戴市場中的產品來說，能夠顯著降低功耗并延長電池壽命。

二、功能特性

（一）延長電池充電間隔時間

• 雙超低IQ降壓穩(wěn)壓器：具有200mA的輸出能力，輸出電壓可在0.7V - 2.275V和0.7V - 3.85V之間編程，靜態(tài)電流低至0.9μA（典型值，Buck 1）。此外，還可選擇固定峰值電流模式，以優(yōu)化對噪聲敏感應用中的紋波頻率。
• 三個超低IQ LDO：每個LDO具有100mA的輸出能力。LDO1輸出電壓可在0.8V - 3.6V之間編程，靜態(tài)電流為0.6μA（典型值）；LDO2/3輸出電壓可在0.9V - 4V之間編程，靜態(tài)電流為1μA（典型值）。

（二）易于實現的鋰離子電池充電

• 智能電源選擇器：支持在連接電源時對沒電的電池進行操作，其輸入電流可通過I2C寄存器設置進行限制，以避免電源適配器過載。當充電器電源無法滿足整個系統(tǒng)負載時，智能電源控制電路會從電池中獲取電流來補充系統(tǒng)負載。
• 熱敏電阻監(jiān)控：支持溫度相關的充電電流控制，確保電池在不同溫度環(huán)境下的安全充電。

（三）高集成度，減小解決方案尺寸

• 提供五種穩(wěn)壓軌：通過高集成度的設計，為系統(tǒng)提供了豐富的穩(wěn)壓輸出，減少了外部元件的使用，從而減小了解決方案的尺寸。
• LDO開關模式選項：每個LDO都可配置為開關模式，增加了設計的靈活性。

（四）優(yōu)化系統(tǒng)控制

• 超低功耗模式監(jiān)控：可監(jiān)控按鈕輸入，實現超低功耗模式。
• 電源上電復位延遲和電壓排序：確保系統(tǒng)在上電過程中的穩(wěn)定性和可靠性。
• 片上電壓監(jiān)控復用器：方便對系統(tǒng)中的多個電壓進行監(jiān)控。

三、詳細技術分析

（一）電源調節(jié)

MAX20335包含兩個高效、低靜態(tài)電流的降壓穩(wěn)壓器和三個低靜態(tài)電流的線性穩(wěn)壓器，這些穩(wěn)壓器也可配置為電源開關。在輕載條件下，開關穩(wěn)壓器具有出色的效率，能夠持續(xù)運行而不會產生顯著的能量損耗。

1. 降壓穩(wěn)壓器

• 輸入輸出特性：以Buck 1為例，輸入電壓范圍為2.7V - 5.5V，輸出電壓可在0.7V - 2.275V之間以25mV的步長進行編程。輸出精度在±2.5%以內，峰值到峰值紋波在10mV以內（典型值）。
• 靜態(tài)電流和效率：靜態(tài)電流低至0.9μA（典型值），在負載電流為10mA時，效率可達87%（典型值）。
• 保護功能：具備過溫保護、短路保護等功能，確保穩(wěn)壓器在異常情況下的安全運行。

2. LDO穩(wěn)壓器

• 輸入輸出特性：以LDO1為例，輸入電壓在LDO模式下為2.7V - 5.5V，在開關模式下為1.2V - 5.5V。輸出電壓可在0.8V - 3.6V之間以100mV的步長進行編程。
• 靜態(tài)電流和負載特性：靜態(tài)電流低至0.55μA（典型值），最大輸出電流為100mA。在負載電流變化時，輸出電壓的精度在±2.7%以內，負載調節(jié)誤差和線性調節(jié)誤差均非常小。
• 保護功能：具備過流保護、過溫保護等功能，確保LDO在異常情況下的安全運行。

（二）電源開關控制

• PWR_ON/RST引腳控制：通過對PWR_ON/RST引腳的控制，可以實現對芯片的上電、關電和復位操作。具體的控制模式可通過PwrRstCfg[3:0]位進行配置，支持多種不同的應用場景。
• I2C寄存器控制：除了引腳控制外，還可以通過I2C寄存器對電源開關進行控制，實現更加靈活的電源管理。

（三）充電管理

• 充電電流設置：通過一個外部電阻連接到SET引腳，可以設置快速充電電流。預充電和充電終止電流可以通過I2C寄存器編程為該值的百分比。
• 充電狀態(tài)監(jiān)控：芯片內部的狀態(tài)寄存器可以實時監(jiān)控充電狀態(tài)，包括充電模式、充電電流、電池電壓等信息，方便用戶對充電過程進行管理。
• 溫度監(jiān)控和保護：通過熱敏電阻監(jiān)控功能，可以根據電池的溫度自動調整充電電流，以確保電池在安全的溫度范圍內充電。當溫度過高時，芯片會自動降低充電電流或停止充電，以保護電池和芯片的安全。

（四）I2C接口

• 通信協議：MAX20335采用I2C接口與主機微控制器進行通信，支持高達400kHz的時鐘頻率。通過I2C接口，可以對芯片的各種配置寄存器進行讀寫操作，實現對芯片功能的靈活控制。
• 寄存器功能：芯片內部包含多個I2C寄存器，用于配置和監(jiān)控芯片的各種功能，如電源開關控制、充電電流設置、溫度監(jiān)控等。每個寄存器的具體功能和使用方法在文檔中有詳細的說明。

四、應用信息

（一）外部元件選擇

1. 電感選擇

建議為MAX20335的降壓穩(wěn)壓器使用2.2μH的電感。不同的電感在效率和尺寸上可能會有所差異，例如BOURNS的SRP2010系列電感優(yōu)化了效率，而MURATA的MFD160810系列電感則更注重尺寸的小型化。

2. 輸出電容選擇

輸出電容的主要作用是保持輸出電壓的紋波小，并確保調節(jié)環(huán)路的穩(wěn)定性。對于Buck ISet[3:0] = 150mA且Buck_IAdptEnb = 0的情況，建議使用10μF的輸出電容。如果需要更小的輸出電容，可以參考文檔中的表格選擇最小允許的電容值。

3. 輸入電容選擇

輸入電容可以減少從電池或輸入電源中汲取的電流峰值，并降低IC中的開關噪聲。建議使用陶瓷電容，因為它們具有小尺寸和低等效串聯電阻（ESR）的特點。

（二）PCB布局和布線

由于MAX20335的開關頻率較高，PCB布局和布線變得非常重要。良好的設計可以最小化反饋路徑上的電磁干擾（EMI）和接地平面中的電壓梯度，從而避免出現不穩(wěn)定或調節(jié)誤差的問題。具體的布局和布線建議包括：

• 將電感、輸入電容和輸出電容盡可能靠近連接，并保持它們的走線短、直且寬。
• 將IC下方的兩個GND引腳直接連接到輸入和輸出電容的接地端。
• 盡量縮短嘈雜的走線，如LX節(jié)點。

五、總結

MAX20335作為一款專為低功耗小鋰離子系統(tǒng)設計的PMIC，具有超低靜態(tài)電流、高集成度、豐富的功能和出色的性能，非常適合可穿戴設備、健身監(jiān)測器和可充電物聯網設備等應用。電子工程師在設計相關產品時，可以充分利用MAX20335的這些特性，以實現低功耗、高效能和小尺寸的設計目標。同時，在使用過程中，要注意外部元件的選擇和PCB布局布線，以確保芯片的性能和穩(wěn)定性。大家在實際應用中是否遇到過類似的PMIC設計挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。