MAX77646/MAX77647：低功耗应用的高效电源管理解决方案

在当今的电子设备设计中，低功耗、小尺寸和高集成度是至关重要的考量因素。Analog Devices的MAX77646/MAX77647电源管理IC（PMIC），为低功耗应用提供了出色的电源解决方案。下面我们就来详细了解一下这款产品。

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一、产品概述

MAX77646/MAX77647专为对尺寸和效率要求极高的低功耗应用而设计。它集成了一个单电感多输出（SIMO）降压 - 升压调节器，可通过单个电感提供三个独立可编程的电源轨，有效减小了整体解决方案的尺寸。此外，还配备了一个150mA的低压差线性稳压器（LDO），可为音频和其他对噪声敏感的应用提供纹波抑制。

该IC可在1.8V的电池电压下工作，适用于硬币电池、双氧化银电池、双碱性电池和 (LiSOCL_{2}) 原电池等多种电池类型。

二、产品特性

（一）高集成度

• SIMO降压 - 升压调节器：具有3个输出通道，支持0.5V至5.1V的宽输出电压范围，能够满足不同的电源需求。
• LDO稳压器：提供150mA的输出电流，在LSW模式下可达100mA。
• 其他功能：MAX77647还集成了2个GPIO和看门狗定时器，增强了系统的灵活性和可靠性。

（二）超低功耗

• 低工作电流：3个SIMO通道的工作电流仅为1.3μA，关机电流低至0.1μA。
• 高效率：在降压模式下效率可达85%，在降压 - 升压模式下效率可达86%。
• 低输出纹波：在 (V_{OUT }=1.8 ~V) 时，输出纹波小于20mVpp。
• 自动模式转换：支持自动从低功耗模式转换到正常功耗模式。

（三）灵活可配置

• 输出电压可编程：MAX77646可通过电阻实现输出电压的可编程，而MAX77647则可通过 (I^{2} C) 接口进行编程。
• 多种工作模式：SIMO调节器支持降压、升压和降压 - 升压模式，可根据输入和输出电压的关系自动切换。

（四）小尺寸

采用5 (mm^{2}) 的晶圆级封装（WLP），20引脚凸块，0.5mm间距，5 x 4阵列，节省了电路板空间。

三、应用领域

• GNSS模块：为全球导航卫星系统模块提供稳定的电源，确保其高精度定位功能。
• 物联网无线传感器节点：满足物联网设备对低功耗和小尺寸的要求，延长电池续航时间。
• 家庭安全与监控设备：保障设备在长时间运行过程中的稳定性和可靠性。
• 工厂安全与监控设备：为工业环境中的监控设备提供可靠的电源支持。
• 健身、健康和活动追踪器：适应可穿戴设备对低功耗和小尺寸的严格要求。

四、关键技术细节

（一）全局资源

• 电压监控：通过POR、UVLO和OVLO三个比较器监控输入电压，确保设备在不同电压条件下的稳定运行。
• 热监控：具备三个全局片上热传感器，可在80°C、100°C和145°C时触发相应的警报或关机操作，保护设备安全。
• 手动复位：支持4s或8s的手动复位周期，方便用户在需要时进行设备复位。
• 唤醒事件：nEN输入可触发唤醒信号，使设备从关机状态进入工作状态。
• 中断处理：nIRQ输出可向主机处理器发送设备状态变化的信号，方便系统进行相应的处理。
• nEN输入：可配置为按钮、滑动开关或逻辑模式，满足不同应用场景的需求。
• GPIO和nRST：提供通用输入输出功能，增强了系统的灵活性。

（二）SIMO降压 - 升压调节器

• 工作原理：采用单电感多输出架构，通过一个电感为三个独立的输出通道提供电源，提高了电源转换效率。
• 输出电压配置：每个输出通道的电压可独立配置，MAX77646通过电阻设置，MAX77647通过 (I^{2} C) 接口设置。
• 峰值电流配置：每个输出通道的峰值电感电流可独立配置，优化了效率、输出纹波、EMI、PCB设计和负载能力之间的平衡。
• 软启动功能：通过限制输出电压的上升速率，减少了启动时的浪涌电流。
• 故障保护：具备SBBx故障关机选项，当检测到输出电压低于调节目标的80%时，调节器将顺序关闭，保护设备安全。

（三）LDO/负载开关

• 功能特点：可配置为LDO或负载开关，输入电压范围为1.6V至5.5V（LDO模式）或1.1V至5.5V（开关模式），输出电压可通过电阻或 (I^{2} C) 接口进行调节。
• 输出电压配置：MAX77646通过电阻设置输出电压，MAX77647通过 (I^{2} C) 接口设置。
• 软启动功能：通过限制输出电压的上升速率，减少了启动时的浪涌电流。
• 负载开关配置：可通过CNFG_LDO_B.LDO_MD位将LDO配置为负载开关，实现负载的通断控制。

（四） (I^{2} C) 串行通信

• 接口特点：支持修订版3.0的 (I^{2} C) 兼容串行接口，时钟速率从0Hz到1MHz，可与主设备进行通信。
• 通信协议：支持写入单个寄存器、写入多个连续寄存器、读取单个寄存器和读取连续寄存器等操作。

五、设计建议

（一）电感选择

建议选择1.0μH至2.2μH的电感，1.5μH的电感在大多数设计中表现最佳。电感的饱和电流应大于或等于所有SIMO降压 - 升压通道的最大峰值电流限制设置，RMS电流额定值应根据系统的预期负载电流进行选择。

（二）电容选择

• 输入电容：选择10µF的输入旁路电容，以减少SIMO调节器运行时从电池或输入电源汲取的电流峰值，降低系统中的开关噪声。
• 升压电容：选择10nF的升压电容，以确保M3的栅极驱动充足。
• 输出电容：根据目标输出电压纹波选择每个输出旁路电容，典型值为22μF。较大的电容值可改善输出电压纹波，但会增加启动时的输入浪涌电流。

（三）PCB布局

• 电容布局：将去耦电容尽可能靠近IC放置，减少连接的寄生电感和电阻，提高性能。
• 电感布局：将电感靠近IC放置，减少走线电阻，同时优先考虑调节器的输入/输出电容。
• 接地连接：使用宽而连续的铜平面连接PGND和电容接地，避免噪声进入模拟接地。

六、总结

MAX77646/MAX77647是一款高度集成、超低功耗、灵活可配置的电源管理IC，适用于多种低功耗应用。通过合理的设计和布局，可以充分发挥其性能优势，为电子设备提供稳定、高效的电源解决方案。在实际应用中，工程师们可以根据具体需求选择合适的型号和配置，以满足不同的设计要求。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。