探索MAX20335：低功耗小锂离子系统的理想PMIC解决方案

在如今的电子设备设计中，低功耗、高效能以及小尺寸的要求变得越来越严苛，尤其是在可穿戴设备和物联网设备领域。Maxim Integrated推出的MAX20335电源管理集成电路（PMIC），正是满足这些需求的一款优秀产品。下面，我们就来深入探讨一下MAX20335的特点、性能以及应用。

文件下载：MAX20335.pdf

一、产品概述

MAX20335是一款专为低功耗可穿戴应用设计的电池充电管理解决方案。它集成了线性电池充电器、智能电源选择器以及多个电源优化的外设。该产品的一大亮点是其具备两个超低静态电流（IQ）的降压稳压器和三个超低IQ的低压差（LDO）线性稳压器，能够提供多达五种稳压输出，且每种输出都具有极低的静态电流，这对于需要24/7不间断运行的设备，如可穿戴市场中的产品来说，能够显著降低功耗并延长电池寿命。

二、功能特性

（一）延长电池充电间隔时间

• 双超低IQ降压稳压器：具有200mA的输出能力，输出电压可在0.7V - 2.275V和0.7V - 3.85V之间编程，静态电流低至0.9μA（典型值，Buck 1）。此外，还可选择固定峰值电流模式，以优化对噪声敏感应用中的纹波频率。
• 三个超低IQ LDO：每个LDO具有100mA的输出能力。LDO1输出电压可在0.8V - 3.6V之间编程，静态电流为0.6μA（典型值）；LDO2/3输出电压可在0.9V - 4V之间编程，静态电流为1μA（典型值）。

（二）易于实现的锂离子电池充电

• 智能电源选择器：支持在连接电源时对没电的电池进行操作，其输入电流可通过I²C寄存器设置进行限制，以避免电源适配器过载。当充电器电源无法满足整个系统负载时，智能电源控制电路会从电池中获取电流来补充系统负载。
• 热敏电阻监控：支持温度相关的充电电流控制，确保电池在不同温度环境下的安全充电。

（三）高集成度，减小解决方案尺寸

• 提供五种稳压轨：通过高集成度的设计，为系统提供了丰富的稳压输出，减少了外部元件的使用，从而减小了解决方案的尺寸。
• LDO开关模式选项：每个LDO都可配置为开关模式，增加了设计的灵活性。

（四）优化系统控制

• 超低功耗模式监控：可监控按钮输入，实现超低功耗模式。
• 电源上电复位延迟和电压排序：确保系统在上电过程中的稳定性和可靠性。
• 片上电压监控复用器：方便对系统中的多个电压进行监控。

三、详细技术分析

（一）电源调节

MAX20335包含两个高效、低静态电流的降压稳压器和三个低静态电流的线性稳压器，这些稳压器也可配置为电源开关。在轻载条件下，开关稳压器具有出色的效率，能够持续运行而不会产生显著的能量损耗。

1. 降压稳压器

• 输入输出特性：以Buck 1为例，输入电压范围为2.7V - 5.5V，输出电压可在0.7V - 2.275V之间以25mV的步长进行编程。输出精度在±2.5%以内，峰值到峰值纹波在10mV以内（典型值）。
• 静态电流和效率：静态电流低至0.9μA（典型值），在负载电流为10mA时，效率可达87%（典型值）。
• 保护功能：具备过温保护、短路保护等功能，确保稳压器在异常情况下的安全运行。

2. LDO稳压器

• 输入输出特性：以LDO1为例，输入电压在LDO模式下为2.7V - 5.5V，在开关模式下为1.2V - 5.5V。输出电压可在0.8V - 3.6V之间以100mV的步长进行编程。
• 静态电流和负载特性：静态电流低至0.55μA（典型值），最大输出电流为100mA。在负载电流变化时，输出电压的精度在±2.7%以内，负载调节误差和线性调节误差均非常小。
• 保护功能：具备过流保护、过温保护等功能，确保LDO在异常情况下的安全运行。

（二）电源开关控制

• PWR_ON/RST引脚控制：通过对PWR_ON/RST引脚的控制，可以实现对芯片的上电、关电和复位操作。具体的控制模式可通过PwrRstCfg[3:0]位进行配置，支持多种不同的应用场景。
• I²C寄存器控制：除了引脚控制外，还可以通过I²C寄存器对电源开关进行控制，实现更加灵活的电源管理。

（三）充电管理

• 充电电流设置：通过一个外部电阻连接到SET引脚，可以设置快速充电电流。预充电和充电终止电流可以通过I²C寄存器编程为该值的百分比。
• 充电状态监控：芯片内部的状态寄存器可以实时监控充电状态，包括充电模式、充电电流、电池电压等信息，方便用户对充电过程进行管理。
• 温度监控和保护：通过热敏电阻监控功能，可以根据电池的温度自动调整充电电流，以确保电池在安全的温度范围内充电。当温度过高时，芯片会自动降低充电电流或停止充电，以保护电池和芯片的安全。

（四）I²C接口

• 通信协议：MAX20335采用I²C接口与主机微控制器进行通信，支持高达400kHz的时钟频率。通过I²C接口，可以对芯片的各种配置寄存器进行读写操作，实现对芯片功能的灵活控制。
• 寄存器功能：芯片内部包含多个I²C寄存器，用于配置和监控芯片的各种功能，如电源开关控制、充电电流设置、温度监控等。每个寄存器的具体功能和使用方法在文档中有详细的说明。

四、应用信息

（一）外部元件选择

1. 电感选择

建议为MAX20335的降压稳压器使用2.2μH的电感。不同的电感在效率和尺寸上可能会有所差异，例如BOURNS的SRP2010系列电感优化了效率，而MURATA的MFD160810系列电感则更注重尺寸的小型化。

2. 输出电容选择

输出电容的主要作用是保持输出电压的纹波小，并确保调节环路的稳定性。对于Buck ISet[3:0] = 150mA且Buck_IAdptEnb = 0的情况，建议使用10μF的输出电容。如果需要更小的输出电容，可以参考文档中的表格选择最小允许的电容值。

3. 输入电容选择

输入电容可以减少从电池或输入电源中汲取的电流峰值，并降低IC中的开关噪声。建议使用陶瓷电容，因为它们具有小尺寸和低等效串联电阻（ESR）的特点。

（二）PCB布局和布线

由于MAX20335的开关频率较高，PCB布局和布线变得非常重要。良好的设计可以最小化反馈路径上的电磁干扰（EMI）和接地平面中的电压梯度，从而避免出现不稳定或调节误差的问题。具体的布局和布线建议包括：

• 将电感、输入电容和输出电容尽可能靠近连接，并保持它们的走线短、直且宽。
• 将IC下方的两个GND引脚直接连接到输入和输出电容的接地端。
• 尽量缩短嘈杂的走线，如LX节点。

五、总结

MAX20335作为一款专为低功耗小锂离子系统设计的PMIC，具有超低静态电流、高集成度、丰富的功能和出色的性能，非常适合可穿戴设备、健身监测器和可充电物联网设备等应用。电子工程师在设计相关产品时，可以充分利用MAX20335的这些特性，以实现低功耗、高效能和小尺寸的设计目标。同时，在使用过程中，要注意外部元件的选择和PCB布局布线，以确保芯片的性能和稳定性。大家在实际应用中是否遇到过类似的PMIC设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。