深入剖析 MAX8893A/MAX8893B/MAX8893C μPMICs：為多媒體應(yīng)用處理器提供高效電源管理

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，電源管理是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，特別是對(duì)于多媒體應(yīng)用處理器而言，穩(wěn)定且高效的電源供應(yīng)能夠顯著提升設(shè)備的性能和用戶體驗(yàn)。Maxim Integrated推出的MAX8893A/MAX8893B/MAX8893C μPMICs（電源管理集成電路）就是一款專(zhuān)門(mén)為多媒體應(yīng)用處理器設(shè)計(jì)的高性能電源管理解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8893A/MAX8893B/MAX8893C μPMICs適用于包括手機(jī)在內(nèi)的各種便攜式設(shè)備。它集成了一個(gè)高效的降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器、五個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器（LDOs）、一個(gè)負(fù)載開(kāi)關(guān)和一個(gè)USB高速開(kāi)關(guān)，并且采用了3.0mm x 2.5mm的WLP封裝，非常適合對(duì)空間要求較高的便攜式設(shè)備。

二、產(chǎn)品特性

2.1 高效降壓轉(zhuǎn)換器

• 輸出電流：能夠保證提供高達(dá)500mA的輸出電流，滿足多媒體應(yīng)用處理器對(duì)電源的高需求。
• 開(kāi)關(guān)頻率：最高可達(dá)4MHz的開(kāi)關(guān)頻率，允許使用超小的外部組件，從而減小電路板的尺寸。
• 輸出電壓：輸出電壓可通過(guò)I2C串行接口進(jìn)行編程，范圍從0.8V到2.4V，并且支持動(dòng)態(tài)電壓縮放（DVS）控制，其斜坡率也可以通過(guò)I2C進(jìn)行編程設(shè)置。

2.2 低壓差線性穩(wěn)壓器（LDOs）

• 低噪聲：LDO1、LDO4和LDO5具有低至45μVRMS的輸出噪聲，能夠?yàn)閷?duì)噪聲敏感的電路提供干凈的電源。
• 低接地電流：LDO2和LDO3具有非常低的接地電流，有助于降低功耗。
• 輸出電壓可編程：所有LDO的輸出電壓都可以通過(guò)I2C串行接口進(jìn)行編程設(shè)置，以滿足不同的應(yīng)用需求。

2.3 負(fù)載開(kāi)關(guān)和USB高速開(kāi)關(guān)

• 負(fù)載開(kāi)關(guān)：具有超低的導(dǎo)通電阻，輸入范圍為0.8V到2.4V，其上升時(shí)間可以通過(guò)I2C進(jìn)行編程，以控制浪涌電流。
• USB高速開(kāi)關(guān)：是一款具有±15kV ESD保護(hù)的DPDT模擬開(kāi)關(guān)，適用于USB 2.0高速（480Mbps）開(kāi)關(guān)應(yīng)用，并且滿足USB低速和全速要求。

2.4 其他特性

• 獨(dú)立使能控制：所有穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)都具有獨(dú)立的使能控制輸入，方便用戶進(jìn)行靈活的電源管理。
• I2C串行接口：提供靈活的控制功能，包括穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)控制、輸出電壓設(shè)置、降壓轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)電壓縮放和斜坡率控制以及負(fù)載開(kāi)關(guān)的時(shí)序控制。
• 過(guò)流和熱保護(hù)：所有LDO都具有過(guò)流和熱保護(hù)功能，確保設(shè)備在異常情況下的安全性。

三、電氣特性

3.1 輸入電源范圍

輸入電源范圍為2.7V到5.5V，能夠適應(yīng)不同的電源供應(yīng)。

3.2 電源電流

• 關(guān)斷電源電流：在關(guān)斷模式下，電源電流非常低，最大為5μA。
• 無(wú)負(fù)載電源電流：在無(wú)負(fù)載情況下，電源電流為160 - 200μA。
• 輕負(fù)載電源電流：在輕負(fù)載情況下，電源電流為315μA。

3.3 其他特性

文檔中還詳細(xì)列出了降壓轉(zhuǎn)換器、LDOs、USB高速開(kāi)關(guān)等各個(gè)部分的電氣特性，包括輸出電壓精度、電流限制、壓降、負(fù)載調(diào)節(jié)、電源抑制比等參數(shù)，這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的參考依據(jù)。

四、典型工作特性

文檔中給出了多個(gè)典型工作特性曲線，如無(wú)負(fù)載電源電流與電源電壓的關(guān)系、USB開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻與COM電壓的關(guān)系、COM泄漏電流與溫度的關(guān)系等。這些曲線能夠幫助工程師更好地了解產(chǎn)品在不同條件下的性能表現(xiàn)，從而優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。

五、引腳配置和功能

MAX8893A/MAX8893B/MAX8893C μPMICs共有30個(gè)引腳，每個(gè)引腳都有其特定的功能。例如，LDO1 - LDO5引腳分別為不同的LDO輸出引腳，BATT引腳為控制部分、LDO2、LDO3和USB開(kāi)關(guān)的電源電壓引腳，IN1引腳為降壓轉(zhuǎn)換器的電源電壓引腳等。詳細(xì)的引腳功能描述有助于工程師正確地連接和使用該產(chǎn)品。

六、詳細(xì)描述

6.1 降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器控制方案

采用了專(zhuān)有的滯回PWM控制方案，開(kāi)關(guān)頻率最高可達(dá)4MHz，能夠在寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的電壓轉(zhuǎn)換，同時(shí)保持出色的瞬態(tài)響應(yīng)，最小化外部組件尺寸和輸出電壓紋波。

6.2 電壓定位負(fù)載調(diào)節(jié)

通過(guò)從LX節(jié)點(diǎn)進(jìn)行反饋，消除了由于輸出電容引起的相位滯后，使環(huán)路非常穩(wěn)定，允許使用非常小的陶瓷輸出電容。這種配置可以大大減少負(fù)載瞬變期間的過(guò)沖，與傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器相比，有效地將輸出電壓的峰 - 峰波動(dòng)減半。

6.3 動(dòng)態(tài)電壓縮放（DVS）控制

降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓具有可變的斜坡率，可以通過(guò)DVS RAMP CONTROL寄存器中的BUCKRAMP位進(jìn)行設(shè)置。在電壓變化時(shí)，輸出電壓可以按照設(shè)置的斜坡率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

6.4 低壓差線性穩(wěn)壓器

內(nèi)部包含一個(gè)參考電壓、誤差放大器、p溝道傳輸晶體管和內(nèi)部可編程分壓器。通過(guò)比較參考電壓和反饋電壓，誤差放大器可以調(diào)整傳輸晶體管的導(dǎo)通程度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的精確控制。

6.5 電源上電順序

通過(guò)驅(qū)動(dòng)ENBUCK或ENLDO_引腳為高電平，可以開(kāi)啟降壓轉(zhuǎn)換器或相應(yīng)的LDO。當(dāng)ENBUCK和ENLDO_連接在一起并從低電平驅(qū)動(dòng)到高電平時(shí)，所有穩(wěn)壓器將按照預(yù)設(shè)的上電順序開(kāi)啟，并且各個(gè)穩(wěn)壓器之間存在時(shí)間延遲，以限制輸入電流的沖擊。

6.6 欠壓鎖定

當(dāng)輸入電壓VIN上升到欠壓鎖定閾值（典型值為2.85V）以上時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)任何EN_引腳為高電平或ENUSB引腳為低電平，可以使MAX8893A/MAX8893B/MAX8893C啟用。當(dāng)VIN下降到2.35V（典型值）以下時(shí)，欠壓鎖定電路將禁用所有輸出，并將所有內(nèi)部寄存器重置為默認(rèn)值。

6.7 參考噪聲旁路

通過(guò)將REFBP引腳與AGND之間連接一個(gè)0.1μF的陶瓷電容，可以降低LDO輸出的噪聲。在關(guān)斷狀態(tài)下，REFBP引腳為高阻抗。

6.8 熱過(guò)載保護(hù)

降壓轉(zhuǎn)換器和LDOs都具有獨(dú)立的熱保護(hù)電路。當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+160°C時(shí)，相應(yīng)的穩(wěn)壓器將被禁用，以防止設(shè)備過(guò)熱。當(dāng)結(jié)溫下降后，熱保護(hù)電路將重新啟用穩(wěn)壓器。

6.9 USB高速開(kāi)關(guān)

是一款具有±15kV ESD保護(hù)的DPDT模擬開(kāi)關(guān)，適用于USB 2.0高速（480Mbps）開(kāi)關(guān)應(yīng)用。通過(guò)CB引腳可以控制開(kāi)關(guān)的位置，并且具有過(guò)壓故障保護(hù)功能，當(dāng)COM引腳的電壓超過(guò)故障保護(hù)閾值時(shí)，COM、NC_和NO_引腳將變?yōu)楦咦杩埂?/p>

6.10 負(fù)載開(kāi)關(guān)

是一個(gè)超低RON的p溝道MOSFET負(fù)載開(kāi)關(guān)，通過(guò)ENLS引腳進(jìn)行控制。當(dāng)啟用時(shí)，其輸出可以通過(guò)I2C編程的上升時(shí)間進(jìn)行軟啟動(dòng)，以避免浪涌電流。

6.11 I2C串行接口

是一個(gè)與I2C兼容的2線串行接口，用于控制所有穩(wěn)壓器的輸出電壓、負(fù)載開(kāi)關(guān)的時(shí)序、各個(gè)組件的啟用/禁用控制以及其他參數(shù)。通過(guò)該接口，主設(shè)備可以與MAX8893A/MAX8893B/MAX8893C進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的靈活控制。

七、寄存器映射

文檔中詳細(xì)列出了各個(gè)寄存器的名稱(chēng)、地址、復(fù)位值、類(lèi)型和描述，包括ON/OFF CONTROL、ACTIVE DISCHARGE CONTROL、LS TIME CONTROL等寄存器。這些寄存器可以通過(guò)I2C接口進(jìn)行讀寫(xiě)操作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的各種功能的控制。

八、應(yīng)用信息

8.1 降壓轉(zhuǎn)換器輸入電容

推薦使用X5R或X7R溫度特性的陶瓷電容，其在開(kāi)關(guān)頻率下的阻抗應(yīng)保持非常低。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，2.2μF的電容就足夠了，并且應(yīng)盡可能靠近IC連接，以減小PCB走線電感的影響。

8.2 輸出電容

輸出電容CBUCK需要在開(kāi)關(guān)頻率下具有低阻抗，同樣推薦使用X5R或X7R溫度特性的陶瓷電容。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，2.2μF的電容就足夠了。為了獲得最佳的負(fù)載瞬態(tài)性能和非常低的輸出紋波，輸出電容的值（μF）應(yīng)等于或大于電感的值（μH）。

8.3 電感選擇

推薦的電感值范圍為1.0μH到4.7μH。低電感值的電感物理尺寸較小，但需要更快的開(kāi)關(guān)頻率，會(huì)導(dǎo)致一些效率損失。電感的直流電流額定值只需比應(yīng)用的最大負(fù)載電流大100mA即可。對(duì)于輸出電壓高于2.0V且輕負(fù)載效率重要的情況，最小推薦電感為2.2μH。

8.4 LDO電容

對(duì)于LDOs，所需的輸出電容取決于負(fù)載電流。在額定最大負(fù)載電流下，推薦LDO1、LDO2、LDO3和LDO5使用2.2μF（典型值）的電容，LDO4使用1.0μF的電容。對(duì)于負(fù)載小于150mA的情況，使用1.0μF的電容就可以在全溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。

8.5 USB高速開(kāi)關(guān)應(yīng)用

該USB高速開(kāi)關(guān)完全符合USB 2.0規(guī)范，適用于USB數(shù)據(jù)線路的路由以及在多個(gè)USB主機(jī)之間進(jìn)行切換的應(yīng)用。同時(shí)，它還具有過(guò)壓故障保護(hù)功能，能夠保護(hù)系統(tǒng)免受USB VBUS電壓短路的影響。

8.6 PCB布局和布線

由于該產(chǎn)品具有較高的開(kāi)關(guān)頻率和相對(duì)較大的峰值電流，PCB布局非常重要。應(yīng)將輸入和輸出電容盡可能靠近IC連接，電感也應(yīng)盡可能靠近IC，并且保持走線短、直和寬。AGND應(yīng)直接連接到IC下方的暴露焊盤(pán)，AGND和PGND應(yīng)連接到接地平面。對(duì)于USB高速信號(hào)，需要進(jìn)行精心的PCB布局，采用45Ω受控阻抗匹配的等長(zhǎng)走線。

九、總結(jié)

MAX8893A/MAX8893B/MAX8893C μPMICs是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的電源管理集成電路，適用于多媒體應(yīng)用處理器等便攜式設(shè)備。它集成了多種功能，具有高效、靈活、穩(wěn)定等特點(diǎn)，能夠?yàn)樵O(shè)備提供可靠的電源供應(yīng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇外部組件，并進(jìn)行精心的PCB布局和布線，以充分發(fā)揮該產(chǎn)品的性能優(yōu)勢(shì)。你在使用這款產(chǎn)品的過(guò)程中遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？或者對(duì)于電源管理電路的設(shè)計(jì)，你有什么獨(dú)特的見(jiàn)解嗎？歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。