探索MAX1809：3A、1MHz DDR内存终端电源的卓越之选

在电子设计领域，一款性能出色的电源管理芯片能为产品带来众多优势。今天我们就来详细了解MAXIM公司的MAX1809，这是一款适合笔记本和超便携笔记本电脑等设备，可提供1.1V至5V有源终端电源的DC - DC转换器。

文件下载：MAX1809.pdf

1. 器件概述

主要特性

MAX1809是一款具有可逆能量流、恒定关断时间的脉冲宽度调制（PWM）降压式DC - DC转换器。它内部集成了PMOS功率开关和NMOS同步整流器，不仅提高了效率，还能减少外部元件数量。内部的90mΩ PMOS功率开关和70mΩ NMOS同步整流开关可轻松提供高达3A的连续负载电流，输出电压在1.1V至VIN之间可调，效率最高可达93%。

它能实现源/灌3A电流、±1%输出精度、高达1MHz开关频率以及热关断、输出短路保护等丰富功能。输入电压范围为3V至5.5V，关断状态下电源电流小于1µA。

应用场景

主要应用于DDR内存终端、有源终端总线等场景，能为这些场景提供稳定、高效的电源供应。

2. 工作模式详解

恒定关断时间操作

在恒定关断时间架构下，FB电压比较器在每个关断时间结束时开启PMOS开关，使器件保持在连续导通模式。PMOS开关一直导通，直到反馈电压超过外部参考电压（VEXTREF）或达到正电流限制。当PMOS开关关闭时，它会在编程的关断时间（tOFF）内保持关闭。在短路情况下，当VFB < VEXTREF/4时，PMOS开关大约保持4 × tOFF时间的关闭状态。

同步整流

传统的降压调节器没有同步整流时，需要外部肖特基二极管为电感放电时的电流提供通路。而MAX1809用低电阻的NMOS同步开关取代肖特基二极管，减少了传导损耗并提高了效率。NMOS同步整流开关在PMOS功率开关关闭后短延迟（约50ns）开启，防止交叉导通。在恒定关断时间模式下，同步整流开关在PMOS功率开关开启前关闭，此时电感电流通过NMOS开关的内部体二极管流动。

电流源和灌功能

通过在恒定关断时间、准固定频率模式下运行，MAX1809可以同时提供源电流和灌电流。根据输出电流要求，电路在两种模式下运行。当输出需要电流时，它作为常规降压控制器，从输入电源轨向输出提供电流。当输出由其他电源供电时，它作为同步升压转换器，将功率从输出返回给输入。

3. 关键参数与特性

绝对最大额定值

要注意各引脚的电压、电流极限值，如VCC IN到VCC为±0.3V，GND到PGND为±0.3V等。超过这些绝对最大额定值可能会对器件造成永久性损坏。

电气特性

输入电压范围为3.0V至5.5V；反馈电压精度在一定条件下为 - 12mV至 + 12mV；外部参考电压范围会根据输入电压有所变化。开关频率可达1MHz等一系列丰富的电气特性指标。

热阻

结到环境的热阻（θJA）高度依赖于IC引脚周围的铜面积大小。MAX1809 QFN封装在没有强制气流时有50°C/W的热阻，16引脚QSOP评估套件在无强制气流时热阻为80°C/W。增加气流可显著降低热阻，QFN封装的外露背面焊盘应连接到大型模拟接地平面以进行散热。

4. 设计要点与建议

设计步骤

• 选择开关频率：参考最大工作频率图选择期望的PWM模式开关频率。
• 确定关断时间：根据输入电压、输出电压和开关频率确定恒定关断时间。
• 选择电阻RTOFF：根据关断时间选择RTOFF的阻值，推荐值范围为36kΩ至430kΩ （对应关断时间0.4µs至4µs）。
• 电感选择：确定电感值（L）和峰值电流（IPEAK），电感饱和电流应至少等于峰值电感电流，且在所选工作频率下损耗要低。计算公式为 (L=frac{(V{OUT } × t{OFF })}{( I{SOURCE} - I{SINK} ) × L_{IR }}) ，其中LIR是电感交流电流（纹波电流）与最大直流负载电流的比值，一般取0.25较为合适。
• 输入和输出电容选择：输入电容要选择低ESR和低ESL的，靠近IN引脚放置；输出电容需满足输出纹波、负载瞬态响应和反馈环路稳定性要求。输出电容最小ESR应满足 (R{ESR}>1% times(L / t{OFF})) ，电容值 (C{OUT } geq frac{t{OFF }}{V_{OUT }} × 79 mu FV / mu s) 。

输出电压设置

输出电压通过施加到EXTREF引脚的外部电压设置，可直接来自另一个电压源或外部参考。在DDR应用中作为有源终端电源，可通过外部二分电阻网络产生所需的参考电压并连接到EXTREF。也可将FB连接到输出电压和地之间的电阻分压器来将输出调整到VIN ，此时 (R 2=R 1left(frac{V{OUT }}{V{EXTREF }}-1right)) 。

软启动功能

软启动可逐渐增加内部电流限制，减少启动和退出关断时的输入浪涌电流。通过在SS引脚和GND之间连接一个定时电容CSS来设置内部电流限制的变化速率。

5. 应用注意事项

频率随输出电流的变化

随着输出电流的增加，NMOS和PMOS开关上的电压降会增加，电感上的电压降低，从而导致开关频率下降。可通过公式 (Delta f{SW}=frac{Delta l{OUT } × R{PMOS }}{(V{IN } × t_{OFF })}) 近似计算频率变化。

电路布局和接地

良好的布局对于实现MAX1809的预期输出功率、高效率和低噪声至关重要。要尽量减少开关电流和高电流接地环路；输入滤波电容应距离IN引脚小于5mm，连接铜迹线宽度至少1mm；LX节点组件应尽量靠近器件；使用接地平面，QFN封装的外露背面焊盘应连接到大型模拟接地平面。

电压定位

在负载瞬变极快（>10A/µs）的应用中，电压定位可减少满足给定瞬态响应要求所需的总输出电容。选择合适的RDROOP，使最大负载电流下的输出电压（包括纹波）略高于输出容限的下限，但会有一定的效率损失。

陶瓷输出电容应用

陶瓷电容具有超低ESR、不可燃、相对较小和无极性等优点，但也存在价格昂贵、易碎以及可能导致输出电压纹波过低影响稳定性等问题。在电压定位电路中，MAX1809可充分利用陶瓷输出电容的小尺寸和低ESR特性，可通过增加定位电阻满足最小反馈纹波电压要求。

输入源

由于降压和升压转换器的可逆特性，MAX1809输出可接受电流。当输出电压超过或等于输出设定电压时，能量流向反转，若输入未连接到能够吸收能量的低阻抗源，输入电压会升高，可能损坏器件。因此要确保输入连接到低阻抗、两象限电源，或负载消耗的功率大于从输出传输到输入的功率。

关断输出放电

关断MAX1809时，若没有泄漏或放电路径，输出可能保持高电平，在DDR内存系统中可能违反规格，可通过添加二极管或小信号晶体管等电路来实现输出放电。

灌电流模式启动

如果在启动前无法保证VFB < VEXTREF，可在反馈路径中添加100Ω电阻，并从FB到SS添加一个二极管，确保MAX1809进入PWM模式并开始灌电流。

综上所述，MAX1809是一款功能强大、性能卓越的电源管理芯片，但在实际应用中需要工程师综合考虑各种因素，精心设计和调试，才能充分发挥其优势。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。