探索LM8801评估板：高效降压DC - DC转换器的设计与应用

在电子设计领域，DC - DC转换器是电源管理的核心组件之一。今天，我们将深入探讨TI的LM8801评估板，它是一款降压DC - DC转换器的工作演示，为移动应用等场景提供了高效的电源解决方案。

文件下载：LM8801TM-1.82EV/NOPB.pdf

一、LM8801概述

1. 应用场景与性能

LM8801降压DC - DC转换器专为从单节锂离子电池或3节镍氢/镍镉电池为超低电压电路供电而优化。它能在2.3V至5.5V的输入电压范围内提供高达600 mA的负载电流，非常适合移动设备等对电源要求较高的应用。

2. 工作模式

LM8801具有模式控制引脚，用户可以选择在整个负载范围内的连续PWM模式，或者根据负载自动在PFM和PWM模式之间切换的自动PFM - PWM模式。在PFM模式下，LM8801在轻负载条件下提供卓越的效率和极低的静态电流 (I_{q}) ；而在PWM模式下，器件以6MHz（典型值）的固定频率运行。

3. 封装与外部组件

LM8801采用6凸点薄DSBGA封装，仅需三个外部表面贴装组件：一个0.47 - 0.54 μH的电感器、一个2.2 μF的输入电容器 (C{IN}) 和一个4.7 μF的输出电容器 (C{OUT}) ，大大简化了设计。

二、操作条件

条件	范围
输入电压范围	2.3V至5.5V
推荐负载电流	0 mA至600 mA
结温（(T_{J})）范围	- 30°C至 + 125°C
环境温度（(T_{A})）范围	- 30°C至 + 85°C

这些操作条件为工程师在设计时提供了明确的参考，确保LM8801在合适的环境下稳定工作。

三、引脚说明

引脚编号	名称	描述
A1	Mode	自动模式和强制PWM模式选择。强制PWM = HIGH；自动 = LOW。
A2	VIN	电源输入。连接到输入滤波电容器。
B1	SW	开关节点，连接到内部PFET开关和NFET同步整流器。
B2	EN	使能引脚。当该引脚电压 < 0.4V时，器件处于关断模式；当 > 1.2V时，器件启用。不要让该引脚浮空。
C1	FB	反馈模拟输入。直接连接到输出滤波电容器。
C2	GND	接地引脚。

了解这些引脚的功能对于正确连接和使用LM8801至关重要。

四、物料清单（BOM）

制造商	部件编号	描述	标识	数量
Texas Instruments	LM8801	DC/DC转换器	U1	1
Samsung	CL05A475MQ5NRNC	0402，4.7 μF电容器	(C_{OUT})	1
FDK	MIPSZ2012D0R5	2012，0.5 μH电感器	L	1
Taiyu Yuden	JMK105BJ225MV - F	0402，2.2 μF电容器	(C_{IN})	1

这个BOM为工程师提供了构建LM8801评估板所需的具体组件信息。

五、DSBGA封装的组装与使用

1. 特殊要求

DSBGA封装需要专门的电路板布局、精确的安装和仔细的回流技术。在组装时，应使用PCB板上的对齐坐标来方便器件的放置，并且使用的焊盘样式必须是NSMD（非阻焊定义）类型，以避免焊盘和阻焊层重叠产生的问题。

2. 布局细节

LM8801的6凸点封装使用300微米的焊球，需要10.82密耳的焊盘用于安装在电路板上。每个焊盘的走线应以90°的进入角度进入焊盘，以防止碎屑卡在深角处。最初，每个焊盘的走线宽度应为7密耳，长度约为7密耳或更长，作为热缓解，然后逐渐调整到最佳宽度，确保对称性，以保证焊球均匀回流。

3. 光照敏感性

DSBGA封装在应用于红色或红外不透明外壳的场景中可实现最小尺寸，但由于缺乏塑料封装，它对光敏感，尤其是红色和红外范围内的光照射到封装的暴露芯片边缘时。可以通过背面金属化和/或环氧涂层，以及印刷电路板的正面遮光来降低这种敏感性。

六、电路板布局考虑

1. 布局的重要性

电路板布局是DC - DC转换器设计的重要部分。不良的布局可能会导致EMI、接地反弹和走线中的电阻电压损失，从而干扰DC - DC转换器和周围电路的性能，甚至导致调节不良或不稳定。

2. 设计规则

• 焊盘和走线：将LM8801放置在10.82密耳的焊盘上，使用7密耳宽、约7密耳长的走线连接每个焊盘，然后逐渐增加走线宽度，确保对称性以保证焊球均匀回流。
• 组件放置：将LM8801、电感器和滤波电容器紧密放置在一起，缩短走线长度，减少辐射噪声。特别要注意将输入滤波电容器放置在靠近 (V_{IN}) 和GND引脚的位置。
• 电流环路：安排组件使开关电流环路沿相同方向卷曲，防止两个半周期之间的磁场反转，减少辐射噪声。
• 接地处理：使用大量的组件侧铜填充作为伪接地平面连接LM8801和滤波电容器的接地引脚，然后通过多个过孔连接到接地平面，减少接地平面噪声和接地反弹。
• 走线宽度：在功率组件之间和DC - DC转换器电路的电源连接中使用宽走线，减少走线电阻引起的电压误差。
• 噪声敏感走线：将电压反馈路径等噪声敏感走线远离功率组件之间的噪声走线，减少EMI辐射到DC - DC转换器的电压反馈走线上。
• 敏感电路布局：将射频IF模块等噪声敏感电路远离DC - DC转换器、CMOS数字模块和其他噪声电路，通过距离减少系统中对噪声敏感电路的干扰。

七、评估板使用的注意事项

1. 使用范围

评估板仅适用于产品或软件开发人员在研发环境中进行TI半导体产品的可行性评估、实验或科学分析，不得直接或间接组装到任何成品中，也不得用于消费或家庭用途。

2. 有限保修

TI保证评估板在交付给用户后的90天内符合其公布的规格，但对于因非TI方的疏忽、误用或不当处理（包括不正确的安装或测试）导致的缺陷，以及用户对评估板进行的任何更改或修改导致的缺陷，TI不承担责任。

3. 监管通知

不同国家和地区对评估板的使用有不同的监管要求，如美国的FCC规定、加拿大的Industry Canada规定以及日本的相关无线电法规定等。用户在使用评估板时需要遵守这些规定，以确保合法合规。

4. 使用限制和警告

评估板不得用于功能安全和/或安全关键评估，用户在处理或使用评估板之前必须阅读并遵循TI提供的用户指南和其他相关文档，包括警告和限制通知。同时，用户需要在TI推荐的规格和环境条件下操作评估板，确保安全使用。

总之，LM8801评估板为电子工程师提供了一个高效、紧凑的降压DC - DC转换器解决方案。通过合理的设计和布局，以及遵循相关的使用注意事项，工程师可以充分发挥LM8801的性能，为各种移动应用等场景提供稳定可靠的电源。你在使用LM8801评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。