MAX77646/MAX77647：低功耗應用的高效電源管理解決方案

在當今的電子設備設計中，低功耗、小尺寸和高集成度是至關重要的考量因素。Analog Devices的MAX77646/MAX77647電源管理IC（PMIC），為低功耗應用提供了出色的電源解決方案。下面我們就來詳細了解一下這款產品。

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一、產品概述

MAX77646/MAX77647專為對尺寸和效率要求極高的低功耗應用而設計。它集成了一個單電感多輸出（SIMO）降壓 - 升壓調節器，可通過單個電感提供三個獨立可編程的電源軌，有效減小了整體解決方案的尺寸。此外，還配備了一個150mA的低壓差線性穩壓器（LDO），可為音頻和其他對噪聲敏感的應用提供紋波抑制。

該IC可在1.8V的電池電壓下工作，適用于硬幣電池、雙氧化銀電池、雙堿性電池和 (LiSOCL_{2}) 原電池等多種電池類型。

二、產品特性

（一）高集成度

• SIMO降壓 - 升壓調節器：具有3個輸出通道，支持0.5V至5.1V的寬輸出電壓范圍，能夠滿足不同的電源需求。
• LDO穩壓器：提供150mA的輸出電流，在LSW模式下可達100mA。
• 其他功能：MAX77647還集成了2個GPIO和看門狗定時器，增強了系統的靈活性和可靠性。

（二）超低功耗

• 低工作電流：3個SIMO通道的工作電流僅為1.3μA，關機電流低至0.1μA。
• 高效率：在降壓模式下效率可達85%，在降壓 - 升壓模式下效率可達86%。
• 低輸出紋波：在 (V_{OUT }=1.8 ~V) 時，輸出紋波小于20mVpp。
• 自動模式轉換：支持自動從低功耗模式轉換到正常功耗模式。

（三）靈活可配置

• 輸出電壓可編程：MAX77646可通過電阻實現輸出電壓的可編程，而MAX77647則可通過 (I^{2} C) 接口進行編程。
• 多種工作模式：SIMO調節器支持降壓、升壓和降壓 - 升壓模式，可根據輸入和輸出電壓的關系自動切換。

（四）小尺寸

采用5 (mm^{2}) 的晶圓級封裝（WLP），20引腳凸塊，0.5mm間距，5 x 4陣列，節省了電路板空間。

三、應用領域

• GNSS模塊：為全球導航衛星系統模塊提供穩定的電源，確保其高精度定位功能。
• 物聯網無線傳感器節點：滿足物聯網設備對低功耗和小尺寸的要求，延長電池續航時間。
• 家庭安全與監控設備：保障設備在長時間運行過程中的穩定性和可靠性。
• 工廠安全與監控設備：為工業環境中的監控設備提供可靠的電源支持。
• 健身、健康和活動追蹤器：適應可穿戴設備對低功耗和小尺寸的嚴格要求。

四、關鍵技術細節

（一）全局資源

• 電壓監控：通過POR、UVLO和OVLO三個比較器監控輸入電壓，確保設備在不同電壓條件下的穩定運行。
• 熱監控：具備三個全局片上熱傳感器，可在80°C、100°C和145°C時觸發相應的警報或關機操作，保護設備安全。
• 手動復位：支持4s或8s的手動復位周期，方便用戶在需要時進行設備復位。
• 喚醒事件：nEN輸入可觸發喚醒信號，使設備從關機狀態進入工作狀態。
• 中斷處理：nIRQ輸出可向主機處理器發送設備狀態變化的信號，方便系統進行相應的處理。
• nEN輸入：可配置為按鈕、滑動開關或邏輯模式，滿足不同應用場景的需求。
• GPIO和nRST：提供通用輸入輸出功能，增強了系統的靈活性。

（二）SIMO降壓 - 升壓調節器

• 工作原理：采用單電感多輸出架構，通過一個電感為三個獨立的輸出通道提供電源，提高了電源轉換效率。
• 輸出電壓配置：每個輸出通道的電壓可獨立配置，MAX77646通過電阻設置，MAX77647通過 (I^{2} C) 接口設置。
• 峰值電流配置：每個輸出通道的峰值電感電流可獨立配置，優化了效率、輸出紋波、EMI、PCB設計和負載能力之間的平衡。
• 軟啟動功能：通過限制輸出電壓的上升速率，減少了啟動時的浪涌電流。
• 故障保護：具備SBBx故障關機選項，當檢測到輸出電壓低于調節目標的80%時，調節器將順序關閉，保護設備安全。

（三）LDO/負載開關

• 功能特點：可配置為LDO或負載開關，輸入電壓范圍為1.6V至5.5V（LDO模式）或1.1V至5.5V（開關模式），輸出電壓可通過電阻或 (I^{2} C) 接口進行調節。
• 輸出電壓配置：MAX77646通過電阻設置輸出電壓，MAX77647通過 (I^{2} C) 接口設置。
• 軟啟動功能：通過限制輸出電壓的上升速率，減少了啟動時的浪涌電流。
• 負載開關配置：可通過CNFG_LDO_B.LDO_MD位將LDO配置為負載開關，實現負載的通斷控制。

（四） (I^{2} C) 串行通信

• 接口特點：支持修訂版3.0的 (I^{2} C) 兼容串行接口，時鐘速率從0Hz到1MHz，可與主設備進行通信。
• 通信協議：支持寫入單個寄存器、寫入多個連續寄存器、讀取單個寄存器和讀取連續寄存器等操作。

五、設計建議

（一）電感選擇

建議選擇1.0μH至2.2μH的電感，1.5μH的電感在大多數設計中表現最佳。電感的飽和電流應大于或等于所有SIMO降壓 - 升壓通道的最大峰值電流限制設置，RMS電流額定值應根據系統的預期負載電流進行選擇。

（二）電容選擇

• 輸入電容：選擇10μF的輸入旁路電容，以減少SIMO調節器運行時從電池或輸入電源汲取的電流峰值，降低系統中的開關噪聲。
• 升壓電容：選擇10nF的升壓電容，以確保M3的柵極驅動充足。
• 輸出電容：根據目標輸出電壓紋波選擇每個輸出旁路電容，典型值為22μF。較大的電容值可改善輸出電壓紋波，但會增加啟動時的輸入浪涌電流。

（三）PCB布局

• 電容布局：將去耦電容盡可能靠近IC放置，減少連接的寄生電感和電阻，提高性能。
• 電感布局：將電感靠近IC放置，減少走線電阻，同時優先考慮調節器的輸入/輸出電容。
• 接地連接：使用寬而連續的銅平面連接PGND和電容接地，避免噪聲進入模擬接地。

六、總結

MAX77646/MAX77647是一款高度集成、超低功耗、靈活可配置的電源管理IC，適用于多種低功耗應用。通過合理的設計和布局，可以充分發揮其性能優勢，為電子設備提供穩定、高效的電源解決方案。在實際應用中，工程師們可以根據具體需求選擇合適的型號和配置，以滿足不同的設計要求。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享交流。