LTC3589/LTC3589 - 1/LTC3589 - 2：多功能电源管理芯片的深度剖析

在电子设备的设计中，电源管理是至关重要的一环。LTC3589、LTC3589 - 1和LTC3589 - 2这三款芯片作为高度集成的电源管理解决方案，为便携式微处理器和外围设备提供了出色的电源支持。下面，我们就来详细了解一下这三款芯片的特性、功能及应用。

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一、芯片概述

LTC3589系列芯片是为ARM及基于ARM的处理器和先进的便携式微处理器系统打造的完整电源管理解决方案。它能生成总共8个电压轨，为处理器核心、SDRAM、系统内存、PC卡、实时时钟和HDD等功能供电。

（一）主要特性

1. 多种类型的调节器：包含三个降压DC/DC转换器（分别为1.6A、1A/1.2A、1A/1.2A）、一个1.2A的升降压DC/DC转换器以及三个250mA的LDO调节器。
2. 灵活的控制方式：支持 (I^{2}C) 接口，可通过该接口控制使能、输出电压水平、动态电压缩放、操作模式和状态报告。
3. 低功耗设计：待机电流仅8µA，还有始终开启的25mA LDO调节器，为实时时钟等轻负载设备供电。
4. 可配置的启动顺序：可通过引脚连接或 (I^{2}C) 编程来设置调节器的启动顺序。
5. 多种保护功能：具备过温保护、欠压保护等功能，确保系统的稳定运行。

（二）三款芯片的功能差异

特性	LTC3589	LTC3589 - 1	LTC3589 - 2
上电禁止使能延迟	1秒	<2ms	<2ms
Buck2电流输出	1A	1.2A	1.2A
Buck3电流输出	1A	1.2A	1.2A
PGOOD故障超时	默认启用，可通过 (I^{2}C) 禁用	默认禁用，可通过 (I^{2}C) 启用	默认禁用，可通过 (I^{2}C) 启用
PWR_ON到WAKE延迟	50ms	2ms	2ms
LDO3输出电压	1.8V	2.8V	2.8V
LDO4输出电压	1.8V、2.5V、2.8V、3.3V	1.2V、1.8V、2.5V、3.2V	1.2V、1.8V、2.5V、3.2V
默认LDO4使能	LDO34_EN引脚	(I^{2}C)	(I^{2}C)
等待输出低于300mV再使能	默认是，可通过 (I^{2}C) 选择	默认是，可通过 (I^{2}C) 选择	默认否，可通过 (I^{2}C) 选择
禁用时插入2k放电电阻	启动时等待输出低于300mV则是	启动时等待输出低于300mV则是	总是

二、各调节器详细分析

（一）始终开启的LDO（LDO1）

LDO1是一个低静态电流的低压差调节器，只要 (V{IN}) 上有有效电源，它就会保持供电。即使 (V{IN}) 降至2.0V（典型值），它仍能继续工作，为待机微控制器、实时时钟等电路供电。其输出电压可通过电阻分压器设置，公式为 (V_{LDO1_STBY }=0.8 cdotleft(1+frac{R 1}{R 2}right)(V)) ，并且具备短路和过载保护功能。

（二）250mA LDO调节器

LTC3589上有三个250mA的LDO调节器（LDO2、LDO3、LDO4），可通过引脚输入或 (I^{2}C) 命令寄存器启用。

• LDO2：其参考输入由动态转换的DAC提供，输出范围可通过外部电阻分压器设置，公式为 (V_{OUT }=left(1+frac{R 1}{R 2}right) cdot(0.3625+L 2 D T V x cdot 0.0125)(V)) 。
• LDO3：是一个固定输出的调节器，LTC3589的输出为1.8V，LTC3589 - 1/LTC3589 - 2的输出为2.8V。
• LDO4：有四个输出电压选项，通过 (I^{2}C) 命令寄存器控制。

（三）降压开关调节器

三个降压开关调节器分别能够提供1.6A、1A（LTC3589 - 1/LTC3589 - 2为1.2A）、1A（LTC3589 - 1/LTC3589 - 2为1.2A）的输出电流。

• 输出电压编程：通过电阻分压器将输出电压设置为 (V_{OUT }=left(1+frac{R 1}{R 2}right) cdot(0.3625+B x D T V x cdot 0.0125)(V)) 。
• 工作模式：有脉冲跳过模式、强制连续模式和突发模式三种工作模式，可通过 (I^{2}C) 命令寄存器设置。
• 软启动：软启动通过将输入参考电压从0V逐步增加到动态参考DAC输出电平，速率为0.8V/ms，有助于减少充电时的浪涌电流。
• 开关EMI控制：包含新的专利电路，可限制开关节点的边缘速率，减少辐射EMI和传导电源噪声。
• 工作频率：开关频率可通过 (I^{2}C) 命令寄存器独立设置，默认频率为2.25MHz。
• 电感和电容选择：电感应选择低直流电阻、额定电流至少为最大负载电流1.5倍的产品；输入和输出电容应使用低ESR的陶瓷电容。

（四）升降压开关调节器

升降压开关调节器可生成1.8V至5V的用户可编程输出电压轨。

• 输出电压编程：通过外部电阻分压器设置输出电压，公式为 (V{B B{-} O U T}=0.8 cdotleft(1+frac{R 1}{R 2}right)(V)) 。
• 工作模式：有固定频率脉冲宽度调制模式和突发模式，突发模式可提高轻负载时的效率并降低零负载时的待机电流。
• 软启动：内部电压模式软启动电路将误差放大器参考从0V以2V/ms的速率斜坡上升到800mV。
• 电流限制操作：具备正向和反向电流限制电路，保护电路免受过载和短路的影响。
• 电感和电容选择：电感应选择1µH至3.3µH，额定电流至少为最大负载电流两倍的产品；输入和输出电容同样应使用低ESR的陶瓷电容。

三、控制与保护功能

（一）DAC参考操作

三个降压开关调节器和LDO2的参考输入为可编程DAC，可在四个可选的转换速率下在两个电压之间独立转换。通过 (I^{2}C) 命令寄存器控制，可实现动态电压缩放。

（二）按钮操作

LTC3589的按钮控制电路可激活WAKE输出、指示按钮状态并启动硬复位关机。按下ON引脚400ms可启动电源，按下5秒可触发硬复位。

（三）使能和上电顺序

调节器可通过引脚输入或 (I^{2}C) 串行端口启用，可通过引脚连接设置上电顺序。还具备保持活动功能，可让某些调节器在待机模式下保持供电。

（四）故障检测、关机和报告

芯片会监测 (V_{IN}) 、输出轨电压和内部管芯温度，通过IRQ、PGOOD和RTSO引脚报告警告和故障状态。当出现故障时，会触发硬复位关机。

（五） (I^{2}C) 操作

LTC3589通过标准的 (I^{2}C) 2 - 线接口与总线主设备通信，支持随机寻址寄存器。通过 (I^{2}C) 命令寄存器可控制调节器的操作模式、使能和输出电压等。

四、热考虑和电路板布局

（一）印刷电路板功耗

为确保芯片的最佳性能和最大输出功率，需将LTC3589封装背面的暴露接地焊盘焊接到电路板的接地平面上。芯片的总功耗可通过各调节器的功耗之和估算。

（二）印刷电路板布局

在布局印刷电路板时，应遵循以下原则：

1. 将封装的暴露焊盘直接连接到大型接地平面，以减少热阻和电阻。
2. 尽量缩短开关调节器输入电源走线和去耦电容的长度，将电容的接地端直接连接到电路板的接地平面。
3. 最小化开关功率走线的长度，减少辐射EMI和寄生耦合，将敏感节点与开关节点隔离。
4. 最小化降压开关调节器电感和输出电容之间的连接长度，将输出电容的接地端直接连接到热接地平面。
5. 最小化升降压调节器输出和输出电容之间的连接长度，将输出电容的接地端直接连接到热接地平面。

五、应用信息

LTC3589系列芯片适用于多种先进的便携式应用处理器，如Marvell PXA3xx、PXA168 Xscale处理器，Freescale i.MX系列，TI OMAP处理器等。不同处理器对芯片的控制方式有所不同，但都能通过 (I^{2}C) 接口实现动态电压控制和电源管理。

六、总结

LTC3589/LTC3589 - 1/LTC3589 - 2芯片以其丰富的功能、灵活的控制方式和高效的电源管理能力，为便携式电子设备的设计提供了强大的支持。在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的芯片型号，并合理设计电路板布局，以确保系统的稳定运行。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。