揭秘MAX1586B：高效低功耗PMIC的卓越之选

揭秘MAX1586/MAX1587：高效低功耗PMIC的卓越之选

在当今电子设备飞速发展的时代，对于智能设备的性能和功耗要求越来越高。尤其是像智能手机、PDA这类需要强大计算和多媒体能力，同时又要保证低功耗的设备，一款出色的电源管理芯片（PMIC）就显得至关重要。今天就来深入了解一下Maxim推出的MAX1586/MAX1587高效低Iq PMIC，看看它是如何满足这些需求的。

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产品概述

MAX1586/MAX1587专为使用英特尔XScale微处理器的设备进行了优化，适用于第三代智能手机、PDA、互联网电器和其他需要低功耗下具备强大计算和多媒体能力的便携式设备。这两款IC集成了七个高性能、低工作电流的电源，还有监督和管理功能，堪称电子设备的“电源管家”。

电源输出

• 降压DC - DC转换器：一共有三个，分别是V1、V2和V3。V1可为I/O和外设提供3.3V或可调输出电压，最大负载能力达1300mA；V2在不同型号中有不同的预设电压，如MAX1586A和MAX1587A预设为1.8V或2.5V，MAX1586B预设为3.3V或2.5V，所有型号的V2也都能用外部电阻进行调整，最大负载能力为900mA；V3则为微处理器核心供电，通过I²C串行接口可在0.7V至1.475V之间以25mV的步长进行设置，MAX1586A、MAX1586B和MAX1587A的V3最大负载为500mA，而MAX1586C和MAX1587C可达900mA。
• 线性稳压器：V4、V5和V6这三个线性稳压器分别为PLL、SRAM和USIM供电。V4输出固定的1.3V，最大负载35mA；V5输出固定的1.1V，最大负载同样为35mA；V6仅MAX1586有，其输出电压能通过I²C串行接口编程为0V、1.8V、2.5V或3.0V，最大负载35mA。
• 始终开启的输出V7：它相当于英特尔的VCC_BATT，只要V1启用且处于稳压状态，或者有备用电源，V7就一直处于激活状态，最大负载30mA。

其他关键特性

• 低静态电流：通过优化设计，在不同的工作模式下都能保持极低的静态电流。比如在睡眠模式下，若V1和V2的睡眠LDO开启，电流仅60µA；在深度睡眠模式下，除V7外所有电源关闭，V7由备用电池供电时，MAX1587的电流低至5µA，MAX1586在VIN > DBI阈值时为32µA，VIN < DBI阈值时为4µA。
• 1MHz PWM开关：所有DC - DC输出都采用快速的1MHz PWM开关和小型外部组件，不仅能在固定频率PWM控制下工作，还能在轻负载时自动从PWM模式切换到跳过模式，有效降低工作电流，延长电池寿命。而且V3核心输出在所有负载下都能强制进入PWM模式，以最小化噪声。
• 宽输入电压范围：2.6V至5.5V的输入电压范围，可适配1节锂离子（Li +）电池、3节镍氢（NiMH）电池或稳压5V输入，为不同的电源配置提供了极大的灵活性。

技术细节剖析

DC - DC转换器的工作原理

同步整流

内部的n沟道同步整流器省去了外部肖特基二极管，提高了转换效率。在每个周期的后半段（关断时间），同步整流器开启，此时电感两端的电压反向，电感电流下降。在正常运行（非强制PWM模式）时，同步整流器在周期结束（下一个导通时间开始）或电感电流接近零时关闭。

100%占空比操作

如果在导通时间内电感电流不足以满足负载需求，开关会保持导通，实现高达100%的占空比操作。这样在输入电压接近稳压电压时，输出电压仍能保持稳定。例如，V1在800mA负载下的压降约为180mV，V2在800mA负载下约为220mV。在压降期间，高端p沟道MOSFET开启，控制器进入低电流消耗模式，直到调节器通道不再处于压降状态。

睡眠LDO

V1和V2除了有高效的降压转换器外，还有低静态电流、低压降（LDO）的线性稳压器，可在睡眠模式或负载电流非常低时使用。这些睡眠LDO能提供高达35mA的电流。当驱动SLP为低电平时，睡眠LDO启用；SLP为高电平时，开关降压转换器工作。

线性稳压器的特点

V4、V5和V6这三个线性稳压器各自为特定的组件提供稳定的电源。它们的输出电压固定或可通过串行接口编程，为系统中的PLL、SRAM和USIM等组件提供了可靠的供电保障。

监控和管理功能

• 欠压锁定（UVLO）：当输入电压低于2.35V（典型值）时，UVLO电路会禁用IC，在此期间输入保持高阻抗，减少电池负载。同时，所有串行寄存器在输入电压低至至少2.35V时仍能保持数据。
• 复位输出（RSO）和MR输入：RSO在MR输入为低电平或V7低于2.425V时为低电平。在不同的电源配置和操作情况下，RSO会发挥相应的复位作用。例如，在首次上电、断电以及备用电池电压过低等情况下，RSO会变为低电平。而且，如果VIN > 2.4V，V7上升到2.3V以上后，内部定时器会延迟65ms释放RSO；但如果VIN < 2.4V，则无此延迟。MR是硬件复位的手动输入，低电平输入会使RSO输出至少65ms为低电平，并将V3输出重置为默认的1.3V。
• 死电池和低电池比较器：DBI和LBI输入用于监测输入电源（通常是电池），当电池电压下降到相应阈值时，会触发DBO和LBO输出。DBI的工厂预设阈值为3.15V，LBI为3.6V，也都可以通过电阻分压器进行编程设置。
• 电源正常输出（POK）：POK是一个开漏输出，当任何激活的调节器（V1 - V6）低于其稳压阈值时，POK变为低电平，但不监控V7。当所有有源输出电压在稳压值的10%以内时，POK为高阻抗。在V3通过串行编程进行电压转换期间或任何调节器通道关闭时，POK不会标记失稳情况。

串行接口

MAX1587的REG3以及MAX1586的REG3和REG6由一个兼容I²C的双线串行接口控制。该接口在VIN超过2.40V的UVLO阈值且至少有一个ON1 - ON6引脚被置位时工作。当所有调节器都未启用时，串口会关闭以最小化关断电流消耗。通过发送特定的地址和8位数据代码，就可以对V3和V6的输出电压进行编程设置。

设计指南

设置输出电压

• V1和V2：V1和V2有预设的输出电压，也可以使用电阻分压器进行调整。例如，将FB1连接到GND可将V1设置为3.3V；在MAX1586A和MAX1587A中，将FB2连接到IN可将V2设置为1.8V，连接到GND设置为2.5V；在MAX1587B中，将FB2连接到IN可将V2设置为3.3V，连接到GND设置为2.5V。若要设置为其他电压值，可连接电阻分压器，并根据公式计算电阻值。
• V3：通过I²C串行接口在0.7V至1.475V之间以25mV的步长进行设置。
• V4和V5：V4输出固定的1.3V，V5输出固定的1.1V，不可调。
• V6：通过I²C串行接口设置为0V、1.8V、2.5V或3.0V。
• V7：只要ON1为高电平且V1处于稳压状态，V7跟踪V1的电压；当ON1为低电平或V1失稳时，V7切换到备用电池（VBKBT）。

电感选择

选择合适的电感对于降压转换器的效率至关重要。一般来说，要使电感电流连续以实现最佳效率。合理的电感值LIDEAL可根据相关公式计算得出，同时要确保电感的饱和电流超过峰值电感电流，额定最大直流电感电流超过最大输出电流。电感值大于LIDEAL可优化效率或获得最大可能的输出电流，但过大可能会导致电感尺寸过大或电阻增加而降低效率；较小的电感值可使电感尺寸更小，但会导致给定负载下的峰值电感电流增大，可能需要更大的输出电容来抑制输出纹波。

电容选择

• 输入电容：DC - DC转换器的输入电容可减少从电池或其他输入电源汲取的电流峰值，降低控制器中的开关噪声。其在开关频率下的阻抗应小于输入源的阻抗，以避免高频开关电流通过输入源。
• 输出电容：输出电容可保持输出纹波小，并确保控制环的稳定性。它在开关频率下也必须具有低阻抗，陶瓷、聚合物和钽电容都适用，其中陶瓷电容的ESR和高频阻抗最低。输出纹波可根据相关公式进行计算。

补偿和稳定性

对于REG1、REG2和REG3的补偿，需要考虑跨导、电流感测放大器的跨阻、反馈调节电压、降压输出电压和输出负载等效电阻等因素。关键步骤是设置补偿RC零点以抵消RLOAD COUT极点，并将环路交叉频率设置在开关频率的约1/10或更低。通过具体的计算示例，可以确定补偿电容、电阻和输出滤波电容的值。

PCB布局和布线

良好的PCB布局对于实现最佳性能至关重要。承载不连续电流的导体和任何高电流路径应尽可能短而宽。应使用一个单独的低噪声接地平面，将参考和信号接地连接到电源接地平面的一点，以最小化电源接地电流的影响。通常，接地平面最好在IC处连接。同时，电压反馈网络应靠近IC，高dV/dt节点应尽可能小，并远离高阻抗节点。

应用案例与配置

扩展最大核心电压范围

在某些情况下，可能需要更高的CPU核心电压。可以通过添加两个电阻来增加V3的电压范围，具体电阻值和输出电压的计算公式在文档中有详细说明。

备用电池和V7配置

• 主备用电池：可直接将锂硬币电池连接到BKBT，V7从V1（如果启用）或备用电池为CPU VCC_BATT供电。
• 无备用电池或替代备用方案：若不使用备用电池，或采用不涉及MAX1586/MAX1587的替代备用方案，应使用小硅二极管（如1N4148）将BKBT从IN偏置。因为DBO、RSO和POK需要BKBT供电才能正常工作，若BKBT未供电，这些输出将不工作且为高阻抗。
• 可充电Li +备用电池：当需要更多备用电源且主电池容量不足时，可使用可充电锂电池。当3.3V的V1电源激活时，通过串联电阻和二极管为电池充电。
• 可充电NiMH备用电池：在某些系统中，可能希望使用NiMH电池作为备用电源。通常需要多个电池，因为典型的NiMH电池电压仅为1.2V。通过添加一个小型DC - DC转换器（如MAX1724），可将低电池电压升压至3V以偏置BKBT。

总结

MAX1586/MAX1587 PMIC凭借其集成度高、效率高、低功耗以及丰富的功能和灵活的配置选项，为使用英特尔XScale微处理器的智能设备提供了优秀的电源管理解决方案。无论是对于电源效率有严格要求的便携式设备，还是对电源稳定性和管理功能有较高期望的应用场景，这两款芯片都能很好地满足需求。在实际设计中，只要按照设计指南进行合理的参数设置、组件选择和PCB布局，就能充分发挥MAX1586/MAX1587的性能优势。各位工程师朋友们，不妨在自己的项目中尝试一下这款出色的PMIC，说不定能为你的设计带来意想不到的效果。你在使用类似电源管理芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。