解析MAX8660/MAX8661：高效低功耗PMIC的技术探秘

在当今的移动设备领域，电源管理集成电路（PMIC）的性能直接影响着设备的整体表现。MAX8660/MAX8661作为Maxim推出的两款高性能PMIC，专为移动应用设计，具备高效、低静态电流（Low-IQ）以及动态电压管理等特性，广泛应用于智能手机、PDA、便携式GPS导航等设备中。下面我们就来深入了解这两款芯片。

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产品概述

MAX8660/MAX8661 PMIC专为使用应用处理器的设备而优化，包括智能手机、PDA、互联网设备和其他需要强大计算和多媒体功能且低功耗的便携式设备。它们符合Marvell的PXA300系列（PXA3xx）和Marvell的Armada 100系列（PXA16x）处理器的规格。

MAX8660集成了八个高性能、低工作电流的电源，其中REG1 - REG4是降压DC - DC转换器，REG5 - REG8是线性稳压器。其他功能包括低电量检测（LBO）、复位输出（RSO）、手动复位输入（MR）和2线I²C串行接口。MAX8661的功能与MAX8660相同，但没有REG1降压稳压器和REG7线性稳压器。

关键特性

1. 高效降压DC - DC转换器（REG1 - REG4）

• 高转换效率：REG1 - REG4均为2MHz电流模式降压转换器，REG1和REG2在轻载时（REG1 + REG8 (I{Q}=40 mu A) ）、REG3和REG4在轻载时（REG3 + REG8 (I{Q}=45 mu A) ）可实现高达96%和92%的转换效率，能有效延长电池续航时间。
• 灵活的输出电压选择：REG1和REG2的输出电压可通过SET1和SET2输入进行选择，有多种预设电压可供选择。REG3和REG4的输出电压可通过I²C接口在0.725V至1.800V之间以25mV的增量进行调整。
• 双模式操作：REG1 - REG4可独立工作在正常模式或强制PWM模式。正常模式在轻载时可提高效率，强制PWM模式则适用于对噪声要求较高的系统，输出电压纹波小（< 10mVP - P），且开关谐波易于过滤。
• 同步整流：内部n通道同步整流器消除了对外部肖特基二极管的需求，提高了效率。

2. 线性稳压器（REG5 - REG8）

• 可调节输出电压：REG5的输出电压可通过I²C接口在1.700V至2.000V之间以25mV的增量进行调整，默认电压为1.8V，可提供高达200mA的电流。REG6和REG7的输出电压可通过串行接口在1.8V至3.3V之间以0.1V的步长进行编程，每个可提供高达500mA的电流。REG8为始终开启的3.3V LDO，可提供高达30mA的电流。
• 软启动和斜坡控制：各线性稳压器在启动时具有软启动功能，可消除输入电流尖峰。REG3和REG4的输出电压斜坡率可通过连接到RAMP引脚的电阻进行设置。

3. 电压监测、复位和欠压锁定功能

• 欠压和过压锁定：当输入电压低于VUVLO（典型值2.35V）时，芯片进入欠压锁定模式（UVLO）；当输入电压高于VOVLO（典型值6.35V）时，进入过压锁定模式（OVLO）。在这两种模式下，所有稳压器均关闭，I²C寄存器内容复位。
• 复位输出（RSO）和MR输入：RSO为开漏复位输出，当MR为低、V8低于VRSOTH（典型值2.2V下降沿）、VIN低于VUVLO或高于VOVLO时，RSO被拉低，同时I²C寄存器复位。
• 低电量检测（LBO、LBF、LBR）：LBO为开漏输出，通常连接到应用处理器的nBATT_FAULT输入，用于指示电池已移除或电量耗尽。LBR和LBF监测输入电压，当LBF低于低电量下降阈值（典型值1.20V）时，LBO被拉低；当LBR高于低电量上升阈值（典型值1.25V）时，LBO变为高阻态。

4. I²C接口

I²C兼容的2线串行接口可控制多种功能，包括设置V3 - V7的输出电压、将REG1 - REG4置于强制PWM操作、通过串行接口或硬件使能引脚（EN34）启用REG3和REG4、激活REG6和REG7等。

设计要点

1. 输出电压设置

REG1和REG2的输出电压通过SET1和SET2输入进行预设，V8固定为3.3V不可更改，V3 - V7的输出电压通过I²C接口进行设置。在强制PWM模式下，当输入电压大于4.3V时，REG3和REG4的最小输出电压受最小占空比限制。

2. 电感选择

根据公式 (L{IDEAL}=frac{4 × V{IN } × D times(1-D)}{I{OUT(MAX) } × f{OSC }}) 计算REG1 - REG4的电感值，其中 (D=frac{V{OUT }}{V{IN }}) 。选择电感时，需确保其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。

3. 电容选择

• 输入电容：用于降低从电池或其他输入电源汲取的电流峰值，减少控制器中的开关噪声。应选择陶瓷电容，以满足降压转换器的输入纹波电流要求，且温度上升不超过约10°C。
• 输出电容：用于保持输出纹波小，并确保控制环路稳定。陶瓷、聚合物和钽电容均适用，其中陶瓷电容具有最低的ESR和高频阻抗。

4. 降压转换器输出电流计算

降压转换器的最大输出电流可通过两步计算得出：首先计算近似占空比 (D=frac{V{OUT }+I{OUTTAR }left(R{N}+R{L}right)}{V{IN }+I{OUTTAR }left(R{N}-R{P}right)}) ，然后计算最大输出电流 (I{OUTMAX }=frac{I{LIM}-frac{V{OUT }(1-D)}{2 × f × L}}{1+left(R{N}+R_{L}right) frac{1-D}{2 × f × L}}) 。

应用案例

以连接Marvell PXA3xx处理器为例，MAX8660/MAX8661可根据处理器的需求提供稳定的电源。在典型应用中，EN1、EN2和EN5通常连接到SYS_EN输出，EN34连接到Marvell的PWR_EN输出，REG6和REG7通过串行接口激活，REG8始终开启。

在电源上电时，各电源应按V8、V5、V1和V2、V3和V4的顺序上电，REG6和REG7可根据应用需求进行上电和下电操作。通过合理设置I²C寄存器，可实现对各电源的精确控制，满足不同工作模式下的功耗需求。

总结

MAX8660/MAX8661 PMIC凭借其高效、低功耗以及灵活的电源管理功能，为移动应用提供了出色的电源解决方案。在设计过程中，工程师需根据具体应用需求，合理选择电感、电容等外部元件，并通过I²C接口对输出电压和工作模式进行精确设置，以实现最佳的性能和功耗平衡。同时，良好的PCB布局和散热设计也是确保芯片稳定工作的关键。大家在实际应用中，是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。