探索MAX8836Z：小尺寸大能量的PWM降壓轉換器

一、引言

在電子設備的設計中，電源管理模塊至關重要。對于功率放大器（PA）的供電需求，一款高效、緊湊的降壓轉換器能為整個系統帶來顯著的性能提升。今天，我們就來深入了解MAXIM推出的MAX8836Z——一款2mm x 2mm WLP/UCSP封裝的1.2A PWM降壓轉換器。

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二、產品概述

2.1 基本特性

MAX8836Z是一款高頻降壓轉換器，專為提供超低壓差的固定輸出電壓而優化。它集成了一個高效的PWM降壓轉換器，適用于中低功率傳輸，同時還集成了一個典型導通電阻為60mΩ的旁路FET，用于超低壓差操作。此外，還集成了一個200mA的低噪聲、高電源抑制比（PSRR）的低壓差穩壓器（LDO）。

2.2 應用場景

該產品主要應用于WCDMA/NCDMA蜂窩手機、無線個人數字助理（PDA）和智能手機等設備中，為PA提供穩定的電源。

2.3 封裝形式

MAX8836Z提供16凸點、2mm x 2mm的晶圓級封裝（WLP）和UCSP?封裝（最大高度0.7mm），這種小尺寸封裝非常適合對空間要求苛刻的應用。

三、產品特性亮點

3.1 降壓轉換器特性

• 可選輸出電壓：支持3.1V或3.4V的可選輸出電壓，能滿足不同PA的供電需求。
• 快速響應：從3.1V到3.4V輸出電壓變化的建立時間僅為25μs，響應速度快。
• 低壓差：在100%占空比時，PFET導通電阻為60mΩ，可實現低壓差。
• 低輸出紋波：輸出電壓紋波低，能為PA提供穩定的電源。
• 高輸出驅動能力：具備1.2A的輸出驅動能力，滿足PA的功率需求。
• 高精度輸出：輸出電壓精度為±2%，保證了供電的準確性。
• 外部元件少：采用快速開關技術，可使用小尺寸的陶瓷輸入和輸出電容，同時反饋網絡集成在芯片內部，進一步減少了外部元件數量和整體解決方案的尺寸。

3.2 LDO特性

• 低噪聲：典型輸出噪聲為35μVRMS，能有效降低對系統的干擾。
• 高PSRR：典型PSRR為65dB，對電源紋波有良好的抑制作用。
• 穩定輸出電流：保證200mA的輸出電流驅動能力。
• 低靜態電流：關機電流低至0.1μA，有助于降低功耗。

3.3 其他特性

• 寬電源電壓范圍：支持2.7V至5.5V的電源電壓范圍，適應不同的電源環境。
• 熱關斷保護：當結溫超過+160°C時，熱關斷電路會關閉芯片，待溫度下降20°C后再重新啟動，避免芯片因過熱損壞。

四、電氣特性分析

4.1 輸入電源特性

輸入電壓范圍為2.7V至5.5V，輸入欠壓閾值典型值為2.63V，具有180mV的滯回。HP、PA_EN、EN2引腳的下拉電阻典型值為800kΩ，關機電源電流典型值為0.1μA。

4.2 邏輯控制特性

PA_EN、EN2、HP引腳的邏輯輸入高電壓為1.3V，邏輯輸入低電壓為0.4V，邏輯輸入電流在不同溫度下有相應的規定。

4.3 輸出電壓特性

PA輸出電壓在不同條件下有不同的取值，如在特定條件下，HP = 0時輸出電壓為3.434V（典型值），HP = 1時輸出電壓為3.065V（典型值）。

4.4 其他特性

包括LX引腳的導通電阻、漏電流、電流限制，旁路模式的導通電阻、電流限制，LDO2的輸出電壓、輸出電流、電流限制、壓差、線性調整率、負載調整率、電源抑制比、輸出噪聲等特性都有詳細的參數規定。

五、工作模式解析

5.1 降壓轉換器控制方案

采用滯回PWM控制方案，具有高效率、快速開關、快速瞬態響應、低輸出紋波和使用小尺寸外部元件的優點。當輸出電壓低于調節閾值時，誤差比較器啟動開關周期，打開高端開關，直到最小導通時間結束且輸出電壓在調節范圍內，或電感電流超過電流限制閾值。在關斷期間，低端同步整流器打開，直到高端開關再次打開。

5.2 電壓定位負載調節

通過從LX節點取直流反饋，消除了輸出電容引起的相位滯后，使環路非常穩定，允許使用非常小的陶瓷輸出電容。同時，在反饋中加入電阻R3，可提高負載調節性能，減少負載瞬變或輸出電壓變化時的過沖。

5.3 降壓轉換器旁路模式

在高功率傳輸時，旁路模式通過內部60mΩ（典型值）的旁路FET將IN1A和IN1B直接連接到PAA和PAB，同時降壓轉換器進入100%占空比運行。這種低導通電阻模式可實現低壓差、長電池壽命和高輸出電流能力。

5.4 自動旁路模式

當DC - DC轉換器的占空比超過99%（典型值）時，自動啟動旁路模式。為防止開關噪聲導致自動旁路模式誤觸發，使用IN2而不是IN1，因此IN2必須與IN1連接到同一電源。

5.5 關機模式

將PA_EN連接到GND或邏輯低電平，可使MAX8836Z的PA降壓轉換器進入關機模式，此時控制電路、內部開關MOSFET和同步整流器關閉，LX變為高阻抗。將EN2連接到GND或邏輯低電平，可使LDO2進入關機模式，LDO輸出通過內部1kΩ電阻拉至地。當PA降壓轉換器和LDO都處于關機狀態時，MAX8836Z進入極低功耗狀態，輸入電流降至0.1μA（典型值）。

5.6 降壓轉換器軟啟動

MAX8836Z的PA降壓轉換器具有內部軟啟動電路，可限制啟動時的浪涌電流，減少輸入源上的瞬變，對于高輸出阻抗的電源（如鋰離子電池和堿性電池）特別有用。

六、元件選擇建議

6.1 電感選擇

MAX8836Z的開關頻率為1.6MHz，建議使用2.2μH的電感。電感的直流電流額定值只需匹配應用的最大負載，為獲得最佳瞬態響應和高效率，應選擇直流串聯電阻在50mΩ至150mΩ范圍內的電感。文中還給出了不同制造商的建議電感型號。

6.2 輸出電容選擇

對于PA降壓轉換器，輸出電容（CPA）應具有低阻抗，推薦使用X5R或X7R介質的陶瓷電容，大多數應用建議使用4.7μF的電容。對于LDO2，輸出電容的最小值取決于負載電流，負載小于10mA時，使用0.1μF的電容即可；額定最大負載電流時，建議使用至少1μF的電容。

6.3 輸入電容選擇

PA轉換器的輸入電容（CIN1）應具有低阻抗，推薦使用X5R或X7R介質的陶瓷電容，大多數應用建議使用4.7μF的電容。對于LDO，輸入電容值應等于LDO2的輸出電容值。

七、熱考慮與PCB布局

7.1 熱考慮

在大多數應用中，由于MAX8836Z的高效率，其散熱較少。但在高溫、重負載的應用中，可能會超過芯片的最大結溫。當結溫達到約+160°C時，所有功率開關關閉，LX和PA_變為高阻抗，LDO2通過內部1kΩ下拉電阻拉至地。

7.2 PCB布局

由于開關頻率高和峰值電流較大，PCB布局非常重要。應將CIN1靠近IN1A/IN1B和PGND連接，電感和輸出電容應盡可能靠近芯片，并且其走線應短、直、寬。應盡量縮短噪聲走線（如LX節點）的長度。

八、總結

MAX8836Z以其小尺寸、高效率、豐富的功能和良好的性能，為PA電源設計提供了一個優秀的解決方案。在實際應用中，電子工程師需要根據具體的需求和條件，合理選擇元件、優化PCB布局，以充分發揮MAX8836Z的優勢。大家在使用過程中，是否遇到過類似產品的其他問題呢？歡迎在評論區分享交流。