MAX8939/MAX8939A/MAX8939B：手机系统电源管理的理想之选

在当今的智能手机时代，高效、可靠的电源管理是确保手机性能和用户体验的关键。Maxim Integrated的MAX8939/MAX8939A/MAX8939B系列电源管理IC，专为基于英特尔移动通信（IMC）61XX 3G平台的手机设计，提供了全面而强大的电源管理解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、产品概述

MAX8939/MAX8939A/MAX8939B集成了支持手机设计所需的各种电源和功能，能够为平台中的所有外围组件供电，并提供必要的信号来控制61XX基带处理器。其集成的锂离子（Li+）充电器具有高达28V的输入保护和受保护的输出电压，可用于为USB收发器供电。此外，专有的热调节电路可在快速充电或高温环境下限制芯片温度，确保在不损坏芯片的情况下实现最大充电电流。

二、关键特性

1. 升压转换器

• OUT1升压转换器：保证700mA的输出电流，输出电压可通过I2C在3.5V至5.0V之间以16步长进行编程，效率超过90%。采用片上FET和同步整流器，固定2MHz的PWM开关频率，只需使用2.2µH至10µH的小电感。
• WLED升压转换器：最大输出电压可达28V，输出电流为60mA，集成nMOS功率开关，效率同样超过90%。固定2MHz开关频率，采用4.7µH至10µH的小电感，还配备两个25mA的独立可编程电流调节器，输出电流可通过I2C以128步伪对数调光方式在50µA至25.25mA之间进行编程。

2. 线性单节Li+电池充电器

无需外部MOSFET、反向阻断二极管或电流检测电阻，快速充电电流可编程（MAX8939最大为1.5ARMS，MAX8939A/MAX8939B最大为850mARMS），顶部充电电流阈值也可编程。具有专有的芯片温度调节控制，输入电压范围为4.1V至10V（MAX8939）或4.1V至6.25V（MAX8939A/MAX8939B），并具备高达28V的输入过压保护。

3. 四个低噪声LDO

提供1个400mA、2个200mA和1个100mA的输出电流，具有高达65dB（典型值）的电源抑制比（PSRR）和低噪声（典型值为45µVRMS）。输出电压可在1.7V至3.2V之间进行编程，静态电流较低（典型值为25µA）。

4. 振动器驱动器

保证200mA的输出电流，输出电压可在1.3V至VINVIB之间进行编程，重复频率为23.8kHz，PWM速度可通过I2C以70步进行控制，还具备主动停止制动功能。

5. 61XX基带控制接口

通过I2C进行控制，提供RESET_IN复位输入、充电器检测PWR_ON_CMP输出和IRQ中断输出。

三、电气特性

该系列产品的电气特性涵盖了多个方面，包括电池电压、充电电流、输出电压精度等。例如，BATT的工作电压范围为2.9V至5.5V，在不同的工作条件下，其关机、待机和偏置电源电流都有明确的参数。此外，各个转换器和调节器的输出电压精度、电流限制等参数也都经过了精心设计，以确保产品的稳定性和可靠性。

四、典型工作特性

文档中给出了多个典型工作特性曲线，如OUT1升压转换器的效率与负载电流关系、输出电压与电池电压关系等。这些曲线直观地展示了产品在不同条件下的性能表现，为工程师在设计过程中提供了重要的参考依据。通过分析这些曲线，我们可以更好地了解产品的工作特性，优化电路设计，提高系统的性能。

五、详细工作原理

1. 启动和电源状态

产品在首次连接电池后会生成内部上电复位信号，将I2C寄存器重置为默认值，进入复位状态。当电池电压超过欠压锁定（UVLO）上限阈值时，进入待机状态，此时I2C总线可进行写入操作。在待机状态下，如果通过I2C启用某个单元或CHG_IN上电，芯片将进入活动状态。当电池电压低于UVLO下限阈值时，芯片进入复位状态；当RESET逻辑为低时，进入关机状态。

2. 充电器工作原理

充电器采用电压、电流和热控制环路对单节Li+电池进行充电和保护，一个完整的充电周期包括预充电、恒流快充（CC）、恒压顶部充电（CV）和充电完成四个状态。在预充电阶段，如果电池电压低于2.55V，充电器以90mA的电流进行预充电，直到达到预充电上限阈值或最大预充电时间。进入快充阶段后，使用模拟软启动来减少输入电源的浪涌电流，快充电流和安全定时器可通过I2C接口进行编程。当电池电压达到设定值时，充电器进入顶部充电模式，保持电压恒定，电流逐渐下降，直到达到顶部充电电流阈值。

3. 其他功能模块

• 线性稳压器：四个低噪声LDO专为低压降、低噪声、高PSRR和低静态电流而设计，可通过I2C接口在电池电压高于UVLO上限阈值时开启。LDO1还可通过硬件引脚LDO1_EN进行控制。
• OUT1升压DC - DC转换器：采用固定频率PWM升压转换器，通过内部功率MOSFET和同步整流器以2MHz的恒定频率开关，可变占空比最大可达75%，以保持输出电压恒定。内部电路通过强制最小8%的占空比防止在临界降压/升压区域出现不必要的次谐波开关。
• OUT2白色LED驱动器：用于驱动白色LED，能够在高达28V的电压下输出60mA的电流。该转换器以固定2MHz的开关频率工作，在轻载时自动进入脉冲跳跃模式以提高效率。
• 振动器驱动器：是一个带有PWM控制的LDO，输出电压可通过I2C编程为1.3V、2.5V、3.0V或VBATT。通过PWM信号控制，占空比可在0%至83%或100%之间调节，重复频率为23.8kHz，分为84个步骤。

六、应用设计建议

1. 电感选择

OUT1升压转换器建议使用2.2µH至10µH的电感，OUT2 LED驱动器优化使用10µH的电感。为防止磁芯饱和，电感的饱和电流额定值应超过应用中的峰值电感电流。文档中给出了计算最坏情况下峰值电感电流的公式，并提供了推荐的电感型号。

2. 电容选择

建议使用陶瓷电容，因其具有低ESR特性。确保电容在温度和直流偏置下能保持其电容值，一般X5R或X7R温度特性的陶瓷电容表现良好。应将电容尽可能靠近芯片放置，以减少寄生效应。

3. 补偿设计

OUT1升压转换器通过从COMP1到地的外部补偿网络进行稳定性补偿，建议使用2200pF的陶瓷电容。OUT2 LED驱动器通过从COMP2到地的外部补偿网络进行稳定性补偿，大多数应用建议使用0.22FF的陶瓷电容。

4. 二极管选择

OUT2 LED转换器使用外部整流二极管，建议使用肖特基二极管，因其具有快速恢复时间和低正向压降。二极管的平均和峰值电流额定值应超过平均输出电流和峰值电感电流，反向击穿电压必须超过最大VOUT2。

5. PCB布局

由于存在快速开关波形和高电流路径，需要进行精心的PCB布局。尽量减小芯片与电感、二极管、输入电容和输出电容之间的走线长度，将输入和输出电容的接地端尽可能靠近，并使用独立的电源地和模拟地铜区，在输出电容接地处将它们连接在一起。将嘈杂的走线（如LX_节点走线）与敏感的模拟电路保持距离，为提高散热性能，应最大化LX_和PGND_走线的铜面积。

七、总结

MAX8939/MAX8939A/MAX8939B系列电源管理IC以其丰富的功能、出色的性能和详细的设计指导，为手机系统电源管理提供了一个全面而可靠的解决方案。无论是在充电管理、电源转换还是外设驱动方面，都展现出了卓越的表现。作为电子工程师，在设计基于英特尔移动通信（IMC）61XX 3G平台的手机时，不妨考虑一下这款产品，它可能会为你的设计带来意想不到的效果。你在使用类似电源管理IC的过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。