深度解析MAX1664：有源矩阵液晶显示器电源芯片的卓越之选

在当今的电子设备中，液晶显示器（LCD）的应用无处不在。而对于有源矩阵薄膜晶体管（TFT）液晶显示器而言，电源供应和背板驱动电路的设计至关重要。MAX1664作为一款高度集成的芯片，为TFT-LCD提供了全面的电源解决方案。今天，我们就来深入了解一下这款芯片。

文件下载：MAX1664.pdf

一、产品概述

MAX1664集成了有源矩阵TFT-LCD所需的电源供应和背板驱动电路。它包含一个单输出脉冲宽度调制（PWM）升压转换器、一个使用单个电感的双输出（正和负）栅极驱动器电源、一个LCD背板驱动器以及一个简单的锁相环（PLL），用于同步所有三个输出。

1. 关键特性

• 高集成度：集成了三个DC-DC转换器的所有有源电路，减少了外部元件的数量。
• 小尺寸外部元件：允许使用小型、低高度的外部元件，如陶瓷电容器和2µH至5µH的电感器，同时保持低输出噪声。
• 低工作电压：输入电压范围为+2.8V至+5.5V，可与任何逻辑电源配合使用。
• 可调输出电压：DC-DC 1的输出电压可调至+5.5V，DC-DC 2的正输出电压可调至+28V，负输出电压可调至 -10V（使用额外元件可调整至 -20V）。
• 低功耗：关机电流仅为1µA，具有电源就绪输出信号。

2. 应用领域

MAX1664适用于各种LCD模块和LCD面板，为其提供稳定可靠的电源供应。

二、引脚配置与功能

MAX1664采用20引脚TSSOP封装，各引脚功能如下：	引脚	名称	功能
1	SHDN	关机输入，低电平进入关机模式，高电平或连接到IN为正常工作模式。
2	RDY	就绪指示输出，当三个输出均在规定范围内时，开漏N沟道输出变为高阻抗。
3	FB1	DC-DC 1的调节器反馈输入，标称调节至1.25V。
4	REF	内部参考输出，需连接一个0.22µF的电容器到GND，可提供高达50µA的电流。
5	GND	模拟地，连接到PGND1和PGND2。
6	IN	芯片的电源输入，输入电压范围为+2.8V至+5.5V。
7	FB2 -	DC-DC 2负输出的调节器反馈输入，标称调节至0V。
8	FB2 +	DC-DC 2正输出的调节器反馈输入，标称调节至1.25V。
9	PLLC	PLL补偿，需连接补偿网络。
10	BPV SS	背板驱动器负电源，通常连接到PGND1，也可连接到单独的电源。
11	BPDRV	背板驱动器输出。
12	BPV DD	背板驱动器正电源，通常连接到DC-DC 1的VOUT1，也可连接到单独的电源。
13	BPCLK	背板驱动器时钟输入，输入频率范围根据FPLL引脚的连接而定。
14	INP	DC-DC 2的电源输入，内部LX2P P沟道MOSFET的源极。
15	LX2P	内部LX2P P沟道MOSFET的漏极。
16	LX2N	内部LX2N N沟道MOSFET的漏极。
17	PGND2	电源地2，连接到PGND1，内部LX2N N沟道MOSFET的源极。
18	PGND1	电源地1，连接到PGND2，内部LX1 N沟道MOSFET的源极。
19	LX1	内部LX1 N沟道MOSFET的漏极。
20	FPLL	设置PLL同步的BPCLK输入频率范围，可连接到GND、REF或IN。

三、工作原理与电路分析

1. 启动过程

在启动时，两个转换器在VREF达到其标称值的90%之前保持禁用状态。首先激活VOUT1，一旦VOUT1达到稳定，再启用VOUT2 - 。VOUT2 +保持为0，直到VOUT2 - 达到其调节目标的90%。在通电或从关机状态恢复时，三个输出以类似的顺序上电。

2. DC-DC 1升压转换器

DC-DC 1采用电流模式升压PWM架构，产生一个可调的正电压，范围从3V到5.5V（但不低于VIN）。该转换器使用一个内部N沟道MOSFET，最大导通电阻为0.5Ω。逐周期峰值电流限制可在故障条件下保护开关。启动时，DC-DC 1是第一个被启用的转换器。其固定频率、电流模式操作确保开关噪声仅存在于工作频率及其谐波处，并且开关频率与背板时钟输入锁相。

3. DC-DC 2双输出转换器

DC-DC 2采用同步、固定导通时间的PFM架构，提供正和负输出电压，使驱动IC能够打开和关闭TFT栅极。脉冲发生时，它们与DC-DC 1同步，从而最小化转换器之间的相互作用和次谐波干扰。DC-DC 2的电感电流始终是不连续的，允许双输出独立调节，使得一个输出可以处于100%负载，而另一个输出处于无负载状态。

4. 背板驱动器

MAX1664提供一个低阻抗背板驱动器，将BPCLK信号从逻辑电平转换为BPVDD/BPVSS电平。背板驱动器由一个N沟道/P沟道互补的高电流MOSFET对组成，当BPCLK为高或低时，分别将BPDRV驱动到BPVDD或BPVSS。开关的最大导通电阻为0.7Ω，典型传播延迟为50ns。背板驱动器的电源可以取自DC-DC 1的输出VOUT1。

5. 锁相环（PLL）

MAX1664包含一个片上PLL，用于将PWM和PFM转换器时钟与背板时钟同步，以最小化噪声和干扰。PLL是一个频率倍增型，为DC-DC 1生成标称1MHz的时钟信号，为DC-DC 2生成标称500kHz的时钟信号。三个输入频率范围（20kHz至72kHz）允许在广泛的背板时钟输入频率范围内进行同步，同时保持最佳的转换频率。

四、设计步骤与元件选择

1. 输出电压选择

MAX1664的三个输出电压以及背板时钟的直流偏置均可调节。通过使用两个标准1%电阻组成的分压器，将所选输出与相应的反馈引脚连接，可设置每个输出电压。具体计算公式如下：

• DC-DC 1输出：(R1 = R2(frac{V{OUT1}}{V{FB1}} - 1))
• DC-DC 2正输出：(R7 = R8(frac{V{OUT2 +}}{V{FB2 +}} - 1))
• DC-DC 2负输出：(R6 = R5|frac{V{OUT2 -}}{V{REF}}|)
• 背板驱动器直流偏置：(R3 = R4(frac{V{BPVDD} - V{BPVSS}}{V{DCBIAS} - V{BPVSS}} - 1))

2. 电感器选择

• L1：推荐的最佳电感值为3.3µH，建议使用直流串联电阻小于300mΩ的电感器以实现最高效率。增大L1的值（如4.7µH）可增加DC-DC 1的输出电流能力，但会增加尺寸和所需的输出滤波电容。
• L2：在大输入电压（如5V）和低开关频率（如≤400kHz）的情况下，应增加L2的值（如6.8µH或10µH）以限制峰值电流。在某些情况下，可能需要减小L2的值以增加DC-DC 2的输出电流能力。

3. 二极管选择

由于MAX1664的高开关频率，需要使用快速二极管。推荐使用肖特基二极管，如MBR0520L、MBR0540L和MBRM5817。对于DC-DC 2的正输出，应使用电压额定值超过VOUT2 +的肖特基二极管；对于负输出，应使用额定值超过VIN + |VOUT2 - |的肖特基二极管。

4. 滤波电容选择

输出滤波电容的等效串联电阻（ESR）和尺寸会对开关转换器的输出纹波产生很大影响。推荐使用陶瓷电容，因为它们具有低ESR和最低的外形尺寸。

5. PLL补偿

在大多数应用中，图4所示的推荐补偿元件值将提供最佳的系统性能。如果不使用背板时钟，应将PLLC连接到REF。

五、应用信息

1. 提高VOUT1电压

对于VOUT1输出电压高于5.5V的应用，可以连接图5所示的补充电荷泵电路。通过选择合适的R1和R2值，可以设置2 x VIN至10V的输出电压。

2. 3.3V至 -20V电荷泵配置

对于需要低至 -20V负电压的应用，可以在VOUT2 - 输出端添加一个反相电荷泵模块。CF和COUT的典型值分别为0.47µF至1µF和4.7µF至10µF，一般来说，COUT应是CF的十倍。

3. 电源连接与布局

MAX1664同时执行精密模拟和高功率开关功能，因此需要仔细规划电源连接、旁路和布局。在IN和INP之间使用33Ω隔离电阻（R9）进行旁路，并在INP总线上提供足够的低ESR旁路电容以确保DC-DC 1的稳定性。建议在功率元件下方使用实心接地平面，在模拟节点下方使用单独的接地平面，并在一个安静的点将这些接地平面连接起来。模拟参考和反馈信号应参考并路由在模拟接地平面上。

六、总结

MAX1664是一款功能强大、高度集成的有源矩阵TFT-LCD电源芯片，具有高集成度、小尺寸外部元件、低工作电压、可调输出电压等优点。通过合理的设计和元件选择，可以为LCD模块和面板提供稳定可靠的电源供应。在实际应用中，工程师需要根据具体需求进行电路设计和布局，以充分发挥MAX1664的性能优势。你在使用MAX1664或类似芯片时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。