深入解析MAX8661 PMIC：移动应用电源管理利器

深入解析MAX8660/MAX8661 PMIC：移动应用电源管理利器

一、引言

在当今移动设备飞速发展的时代，对于高性能、低功耗的电源管理解决方案需求愈发迫切。MAXIM推出的MAX8660/MAX8661 电源管理集成电路（PMIC），凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为了智能蜂窝电话、PDAs、互联网设备和其他便携式设备的理想之选。本文将对这两款PMIC进行全面、深入的分析，为电子工程师们在设计中提供有价值的参考。

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二、产品概述

（一）功能集成

MAX8660/MAX8661集成了四个降压DC - DC输出、三个线性稳压器和一个始终开启的LDO，同时具备强大的电源管理功能。它能够为应用处理器（AP）、内存、I/O及其他外设提供稳定的电源供应。其中，两个动态控制的DC - DC输出为处理器核心和内部内存供电，另外两个DC - DC转换器则为I/O、内存和其他外设供电。此外，还具备输出的开关控制、低电池检测、复位输出以及2线I2C串行接口等功能。MAX8661与MAX8660功能相似，但缺少REG1降压稳压器和REG7线性稳压器。

（二）高性能特点

1. 高效转换：所有降压DC - DC输出采用快速2MHz PWM开关，能够实现高效率的电源转换。在不同负载情况下，它会自动从PWM模式切换到高效轻载模式，降低工作电流，延长电池寿命。同时，还提供强制PWM选项，可在所有负载下实现低噪声运行。
2. 宽输入电压范围与保护：工作输入电压范围为2.6V至6.0V，可适配1节Li+电池、3节NiMH或5V输入。具备欠压和过压锁定功能，过压锁定可保护设备免受高达7.5V的输入电压影响。
3. 低静态电流：具有较低的静态电流（IQ），在不同工作模式下功耗表现出色，如在深度睡眠模式下电流仅为20μA。

三、产品详细参数

（一）绝对最大额定值

该部分规定了产品在极端条件下能够承受的最大电压、电流、功率等参数。例如，各引脚相对于AGND的电压范围在 - 0.3V至 + 7.5V之间，不同引脚的连续RMS电流也有相应的限制。同时，对工作温度、储存温度、结温以及焊接温度等都有明确的界定。电子工程师在设计时必须严格遵循这些参数，以确保产品的可靠性和安全性。

（二）电气特性

1. 输入电源：PV1、PV2、PV3、PV4、IN和IN8的供应电压范围为2.6V至6.0V，欠压锁定阈值和过压锁定阈值在不同的电压上升和下降情况下有具体的值。输入电流在不同工作模式和负载条件下也有所不同，例如在仅V8开启的深度睡眠模式下为20μA，而在所有输出开启的运行模式下为250μA。
2. 降压DC - DC转换器：
   • REG1（仅MAX8660有）：可输出高达1200mA，效率高达96%。输出电压（V1）可通过SET1输入选择，有三种预设电压。EN1为专用使能输入，具备滞后特性，便于实现手动排序。
   • REG2：输出高达900mA，效率同样可达96%。输出电压（V2）通过SET2输入选择，也有三种预设电压。EN2为使能输入，具备滞后特性。
   • REG3和REG4：输出电压可通过I2C接口在0.725V至1.8V之间以25mV的增量进行调节。REG3默认输出电压对于MAX8660/MAX8660A/MAX8661为1.4V，对于MAX8660B为1.15V，可输出高达1.6A；REG4默认输出电压同样情况，可输出高达400mA。它们有I2C使能位和共享硬件使能引脚（EN34）。
3. 线性稳压器：
   • REG5：输出电压可通过I2C接口在1.7V至2.0V之间以25mV的增量进行调节，默认电压为1.8V，可输出高达200mA。
   • REG6/REG7：分别可输出高达500mA，输出电压（V6和V7）可通过串行接口在1.8V至3.3V之间以0.1V的步长进行编程。
   • REG8：始终开启，输出稳定的3.3V电压，可供应高达30mA的电流。
4. 低电池检测器：LBO为开漏输出，通过LBF和LBR监测输入电压，当LBF低于阈值时，LBO拉低，用于指示电池已移除或放电。
5. 复位功能：RSO为开漏复位输出，当满足特定条件（如MR为低、V8低于阈值、VIN低于欠压锁定阈值或高于过压锁定阈值）时拉低，可使处理器进入复位状态，并将I2C寄存器重置为默认值。

（三）典型工作特性

文档中给出了一系列典型工作特性曲线，包括静态电流与输入电压的关系、开关频率与输入电压和温度的关系，以及各稳压器的输出电压与输入电压、负载电流、温度的关系等。这些特性曲线有助于工程师更好地了解产品在不同工作条件下的性能，从而进行合理的设计和优化。

四、引脚说明

详细介绍了每个引脚的名称和功能，这对于电路设计至关重要。例如：

• IN5：REG5的电源输入引脚，为了满足Marvell PXA3xx处理器的排序要求，通常将其连接到IN。
• V1 - V8：分别为不同稳压器的输出引脚，为相应的电源域供电。
• EN1、EN2、EN34、EN5：使能输入引脚，用于控制对应稳压器的开启和关闭。
• SCL和SDA：I2C串行接口的时钟和数据线，用于与主设备进行通信，实现对PMIC的各种功能控制。

工程师在设计电路时，需要根据实际需求和产品的引脚功能，合理连接各个引脚，确保整个系统的正常运行。

五、工作模式与电源排序

（一）降压DC - DC转换器工作模式

REG1 - REG4可独立工作在正常或强制PWM模式。上电或复位后，默认进入正常模式。在正常模式下，轻载时可根据负载需求进行开关切换，提高效率；而在强制PWM模式下，无论输出负载如何，转换器都以恒定的2MHz开关频率工作，输出电压纹波小，适用于低噪声系统，但轻载时功耗较高。

（二）电源排序

MAX8660/MAX8661具有多个使能信号，可根据不同的应用场景灵活配置。在与Marvell PXA3xx处理器的典型应用中，EN1、EN2和EN5通常连接到SYS_EN输出，EN34通常连接到Marvell的PWR_EN输出。电源上电顺序一般为V8、V5、V1和V2、V3和V4，而REG6和REG7可根据应用需求进行上电和下电操作。

六、I2C接口

（一）功能概述

I2C接口是控制MAX8660/MAX8661多种功能的关键。通过该接口，可以设置V3 - V7的输出电压，将四个降压DC - DC转换器置于强制PWM操作模式，启用REG3和REG4，以及激活REG6和REG7。

（二）通信细节

• 数据传输：每一个SCL时钟周期传输一位数据，SDA上的数据在SCL时钟脉冲的高电平期间必须保持稳定。传输序列由START条件和STOP条件界定，每个数据包包含8位数据和1位确认位。
• 起始和停止条件：当SCL为高电平时，SDA由高到低的转换为START条件，启动通信；SDA由低到高的转换为STOP条件，结束通信。
• 确认位：主设备和PMIC在接收数据时都会生成确认位，通过监测确认位可以检测数据传输是否成功。
• 从机地址：主机通过发送从机地址与PMIC进行通信，MAX8660/MAX8661为只写设备，其R/W位始终为0。Marvell PXA3xx处理器支持0x68（SRAD = GND）作为I2C从机地址。
• 写入协议：支持“写字节”协议和多字节寄存器 - 数据对协议，可实现向单个寄存器或多个寄存器写入数据的功能。

七、设计流程与注意事项

（一）输出电压设置

REG1和REG2的输出电压可通过SET1和SET2输入进行预设，而V8固定为3.3V。V3 - V7的输出电压则通过I2C接口进行设置。需要注意的是，在强制PWM模式下且输入电压大于4.3V时，REG3和REG4的最小输出电压会受到限制。

（二）电感选择

根据公式计算每个降压转换器（REG1 - REG4）的理想电感值，以确保合适的电感电流纹波。同时，要保证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。电感值的选择会影响输出电流和输出电压的响应时间，工程师需要根据实际需求进行权衡。

（三）电容选择

• 输入电容：用于减少从电池或其他输入电源吸取的电流峰值，降低控制器中的开关噪声。应选择陶瓷电容，确保其在开关频率下的阻抗小于输入源的阻抗，并满足输入纹波电流要求。
• 输出电容：保持输出纹波小，确保控制环路的稳定性。陶瓷、聚合物和钽电容都适用，其中陶瓷电容具有最低的ESR和高频阻抗。

（四）降压转换器输出电流计算

文档中提供了计算降压转换器最大输出电流的方法，需要考虑p通道电流限制阈值、n通道导通电阻、振荡器频率、电感值等参数。通过合理计算，可以确保在不同应用场景下满足输出电流的需求。

（五）散热与PCB布局

为了防止热过载，确保每个稳压器能够提供最大负载电流，需要将MAX8660/MAX8661的热量有效地散发到PCB板上。良好的PCB布局对于实现最佳性能至关重要，例如将每个电源输入对的旁路电容尽可能靠近IC放置，将暴露焊盘（EP）连接到接地平面，并使用多个过孔进行散热。

八、结语

MAX8660/MAX8661 PMIC以其强大的功能、高效的性能和丰富的配置选项，为移动应用的电源管理提供了全面而可靠的解决方案。对于电子工程师来说，深入了解该产品的特性、参数和设计要点，能够在实际应用中充分发挥其优势，设计出更加优秀的移动设备电源管理方案。在实际设计过程中，还需要根据具体的应用需求和硬件平台，灵活运用各种功能和参数，不断优化设计，以达到最佳的性能和可靠性。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的设计思路呢？欢迎在评论区交流分享。