电子工程师必备：MAX1686/MAX1686H SIM卡电荷泵解析

在电子设备不断发展的今天，为了满足各类应用场景的需求，电子工程师们对于电源管理芯片的要求也越来越高。特别是在便携式设备中，如GSM手机、PCS电话等，需要稳定、高效的电源来驱动双电压用户识别模块（SIM卡）。MAXIM公司的MAX1686/MAX1686H就是这样一款专为SIM卡设计的3V到5V调节电荷泵芯片，能够为我们的设计带来诸多便利。

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一、产品概述

MAX1686/MAX1686H主要用于便携式设备中的双电压SIM卡供电，像常见的GSM手机就会用到它。它可以将2.7V - 4.2V的输入电压，通过1MHz的电荷泵转换为稳定的5V输出。其中，MAX1686H标称输出电压为5.0V，而MAX1686则设定为4.75V，这样做是为了减少SIM卡的电流消耗。这款芯片的静态电源电流仅为45µA，如果是为3V的SIM卡供电且电荷泵禁用时，电流还能降至3µA，非常适合对功耗要求较高的设备。此外，芯片内部还有输入/输出短路开关，可直接为3V的SIM卡供电。

二、产品特性

（1）宽输入电压范围

其输入电压范围为2.7V - 4.2V，能够适应多种电源环境，为不同的应用场景提供了灵活的选择。

（2）低功耗设计

静态电源电流低至45µA，关机模式下仅为0.1µA，大大降低了设备的整体功耗，延长了电池的使用时间。

（3）稳定的输出电压

MAX1686H输出5.0V，MAX1686输出4.75V，能够为SIM卡提供稳定的电源，保证其正常工作。

（4）小尺寸与外部元件少

采用超小的8引脚µMAX封装，且只需三个外部电容，节省了电路板空间，降低了成本。

（5）多种保护功能

具备软启动和短路保护功能，能够有效保护芯片和电路，提高设备的可靠性。

三、引脚说明

引脚	名称	功能
1	3/ 5	3V/5V选择输入。低电平时，MAX1686输出调节为4.75V，MAX1686H为5.00V；高电平时，输出与输入短路。
2	SHDN	低电平有效关机输入。SHDN = GND时，芯片关闭，输出被主动拉低。
3	IN	电源输入引脚，电压范围2.7V - 4.2V，需用陶瓷电容接地旁路。
4	GND	接地引脚
5	PGND	电源接地，需通过短走线连接到GND
6	CXN	电荷泵传输电容的负端
7	CXP	电荷泵传输电容的正端
8	OUT	电源输出，需用输出滤波电容旁路到GND

四、工作模式

（1）3V模式

当3 / 5引脚接输入电压（3 / 5 = IN）时，芯片处于3V模式。此时，输入通过一个2.5Ω的开关直接连接到输出，为3V的SIM卡供电。

（2）5V模式

当3 / 5引脚接地（3 / 5 = GND）时，进入5V模式。MAX1686输出电压稳定在4.75V，MAX1686H为5.00V，能够提供超过12mA的负载电流。

五、关键特性解析

（1）电荷泵控制

MAX1686采用Skip Mode控制来调节输出电压，提高了在大输出电流范围内的效率。通过一个50%占空比的振荡器，在半个周期内让传输电容（CX）充电到输入电压，另一半周期则将CX上的电压与输入电压叠加后传输到输出滤波电容（COUT）。

（2）软启动

在5V模式下，通过软启动控制将启动电流限制在200mA左右。当输出电压低于VIN / 2时，输入通过一个50Ω的P沟道MOSFET连接到输出，同时电荷泵禁用；当输出电压在VIN / 2和4.75V（MAX1686H为5.00V）之间时，电荷泵启动，但开关S2的导通电阻限制在50Ω，减少了启动时的电流浪涌。在3V模式下，启动电流也会被同样的MOSFET限制，直到输出电压超过VIN / 2，导通电阻再降至2.5Ω。

（3）关机模式

将SHDN引脚拉低，芯片进入关机模式，振荡器、控制逻辑和参考电压被禁用，无负载电源电流降至1µA以下，输出通过内部N沟道FET主动放电并与输入断开。

六、应用设计要点

（1）电容选择

芯片只需要三个外部电容，电容值与输出电流能力、噪声和开关频率密切相关。一般来说，传输电容（CX）最小，输入电容（CIN）是CX的两倍，输出电容（COUT）是CX的10 - 50倍。对于输入电压低至2.7V的情况，建议使用 (C_{IN}=0.47 mu F) ， (C x=0.22 mu F) 和 (COUT =10 mu F) 的电容。同时，较小的输入电压要求使用低ESR的电容，如陶瓷电容，以减少噪声并提高效率。 在设计使用MAX1686/MAX1686H芯片的电路时，电容的选择至关重要，尤其是电容的等效串联电阻（ESR）对电源电路的性能有着显著影响。我刚刚尝试搜索“电容ESR对电源电路的影响”，但暂时未获取到相关结果，后续我会继续为大家分析这一要点。

（2）布局考虑

由于芯片的开关频率高且峰值电流大，PCB布局设计非常重要。所有电容应尽量靠近芯片焊接，并且接地和电源接地需要通过短的低阻抗走线连接。可以利用电路板上多余的铜箔作为伪接地平面，多层电路板则应采用组件侧铜填充的星形接地方式，再通过过孔连接到内部接地平面。同时，要确保负载直接连接在输出滤波电容两端。

七、总结

MAX1686/MAX1686H作为一款专为SIM卡设计的3V到5V调节电荷泵芯片，凭借其宽输入电压范围、低功耗、稳定输出、小尺寸和多种保护功能等优势，非常适合应用于各类便携式设备。在实际设计中，只要合理选择外部电容和优化PCB布局，就能充分发挥芯片的性能，为电子设备提供稳定、高效的电源解决方案。各位电子工程师朋友们，在你们的设计中有没有遇到过类似的电源管理问题呢？不妨在评论区分享一下你们的经验。