MAX17000A：DDR2和DDR3內(nèi)存電源管理的理想之選

產(chǎn)品概述

在筆記本電腦DDR、DDR2和DDR3內(nèi)存的電源管理領(lǐng)域，Maxim Integrated的MAX17000A脈寬調(diào)制（PWM）控制器表現(xiàn)卓越。它集成了降壓控制器、源 - 沉LDO調(diào)節(jié)器和參考緩沖器，能為內(nèi)存提供所需的VDDQ、VTT和VTTR導(dǎo)軌，是一款完整的電源解決方案。

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關(guān)鍵特性

1. 開關(guān)電源調(diào)節(jié)器（VDDQ）

• Quick - PWM技術(shù)：采用Maxim專有的Quick - PWM?控制器，對負(fù)載瞬變響應(yīng)僅需100ns，能輕松處理寬輸入/輸出電壓比，保持相對恒定的開關(guān)頻率。這種架構(gòu)避免了固定頻率電流模式PWM的負(fù)載瞬態(tài)計(jì)時問題，也解決了傳統(tǒng)恒定導(dǎo)通時間和恒定關(guān)斷時間PWM方案中開關(guān)頻率變化過大的問題。
• 輸出電壓靈活：輸出電壓可預(yù)設(shè)為1.8V或1.5V，也能通過外部電阻分壓器在1.0V至2.5V之間調(diào)節(jié)，且在整個線路和負(fù)載工作范圍內(nèi)精度達(dá)1%。
• 保護(hù)功能完善：具備精確的谷值電流限制保護(hù)、過壓、欠壓和熱保護(hù)功能。
• 開關(guān)頻率可編程：開關(guān)頻率可在200kHz至600kHz之間編程，有助于使用小型組件并提高效率。

2. 源/沉線性調(diào)節(jié)器（VTT）

• 大電流處理能力：擁有±2A的峰值源/沉能力，適用于內(nèi)存終端應(yīng)用中快速變化的負(fù)載突發(fā)情況。
• 低輸出電容要求：±5mV的死區(qū)設(shè)計(jì)，可減少輸出電容需求。
• 輸出電壓設(shè)置靈活：輸出電壓可預(yù)設(shè)為VDDQ/2，也可通過REFIN在0.5V至1.5V之間調(diào)節(jié)，還具備軟啟動/軟關(guān)斷功能。

3. 參考緩沖器（VTTR）

VTTR參考緩沖器可源/沉±3mA電流，為內(nèi)存控制器和內(nèi)存總線上的設(shè)備提供參考電壓。

電氣特性

在特定條件下（如(V{IN }=12 ~V) ，(V{C C}=V{D D}=V{S H D N}=V{REFIN }=5 ~V) ，(V{CSL}=1.8 ~V) ，(STDBY = SKIP = AGND) ，(T_{A}=0^{circ} C) 至 +85°C），MAX17000A展現(xiàn)出了良好的電氣性能。例如，PWM控制器的輸入電壓范圍為3V至26V，輸出電壓精度高，軟啟動和軟關(guān)斷時間符合設(shè)計(jì)要求；線性調(diào)節(jié)器（VTT）的輸入電壓范圍為1.0V至2.8V，輸出精度和負(fù)載調(diào)節(jié)性能良好。

工作模式

1. 自動脈沖跳過模式（SKIP = AGND）

在輕負(fù)載時，會自動切換到脈沖頻率調(diào)制（PFM）模式。在連續(xù)導(dǎo)通時，調(diào)節(jié)輸出紋波的谷值；在不連續(xù)導(dǎo)通時，輸出電壓的直流調(diào)節(jié)水平比誤差比較器閾值高約1.5%，但內(nèi)部積分器可進(jìn)行校正，負(fù)載調(diào)節(jié)效果良好。在啟動時，無論SKIP和STDBY設(shè)置如何，都使用跳過模式，軟啟動完成后，SKIP和STDBY控制才生效。

2. 強(qiáng)制PWM模式（SKIP = VCC）

該模式禁用零交叉比較器，使低側(cè)柵極驅(qū)動波形始終是高側(cè)柵極驅(qū)動波形的互補(bǔ)，能保持相對恒定的開關(guān)頻率，但空載時5V偏置電流在2mA至20mA之間，具體取決于開關(guān)頻率。當(dāng)STDBY = AGND時，會覆蓋SKIP引腳設(shè)置，使MAX17000A進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。在關(guān)機(jī)時，無論SKIP和STDBY狀態(tài)如何，都會切換到強(qiáng)制PWM模式。

3. 待機(jī)模式（STDBY）

當(dāng)STDBY = AGND時，VTT禁用（高阻抗），但VTTR保持活躍；當(dāng)STDBY = VCC時，VTT塊啟用，VTT輸出電容充電，VTT軟啟動電流限制在160μs（典型值）內(nèi)從0線性增加到最大電流限制，可降低輸入VTTI的浪涌電流。

保護(hù)功能

1. 谷值電流限制保護(hù)

采用與所有Maxim Quick - PWM控制器相同的谷值電流限制保護(hù)。當(dāng)電流超過谷值電流限制閾值時，PWM控制器不能啟動新周期。在強(qiáng)制PWM模式下，還實(shí)現(xiàn)了負(fù)電流限制，防止VOUT吸收電流時電感電流反向過大。

2. 電源良好輸出（PGOOD1和PGOOD2）

PGOOD1持續(xù)監(jiān)控SMPS輸出，在關(guān)機(jī)、軟啟動和軟關(guān)斷時主動拉低，軟啟動結(jié)束后，只要SMPS輸出電壓在調(diào)節(jié)電壓的115%（典型值）和85%（典型值）之間，就變?yōu)楦咦杩?。PGOOD2持續(xù)監(jiān)控VTT輸出，在待機(jī)、關(guān)機(jī)和軟啟動時主動拉低，只要VTT輸出電壓在調(diào)節(jié)電壓的±10%范圍內(nèi)，就變?yōu)楦咦杩埂?/p>

3. 過壓/欠壓保護(hù)

SMPS過壓保護(hù)：當(dāng)OVP啟用且SMPS輸出電壓超過額定調(diào)節(jié)電壓115%時，設(shè)置過壓故障鎖存器，拉低PGOOD1和PGOOD2，強(qiáng)制DL高電平，關(guān)閉VTT和VTTR塊，開啟CSL和VTT上的內(nèi)部16Ω放電MOSFET。 SMPS欠壓保護(hù)：當(dāng)SMPS輸出電壓低于調(diào)節(jié)電壓的85%超過200μs（典型值）時，設(shè)置欠壓故障鎖存器，拉低PGOOD1和PGOOD2，開始軟關(guān)斷。 VTT過壓和欠壓保護(hù)：當(dāng)VTT調(diào)節(jié)器輸出電壓超過調(diào)節(jié)電壓的±10%超過5ms（典型值）時，設(shè)置故障鎖存器，拉低PGOOD1和PGOOD2，開始軟關(guān)斷。

4. 熱故障保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過 +160°C時，熱傳感器激活故障鎖存器，拉低PGOOD1和PGOOD2，使用關(guān)機(jī)序列關(guān)機(jī)。結(jié)溫冷卻15°C后，可通過切換SHDN或循環(huán)VCC電源低于VCC POR重新激活控制器。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 確定參數(shù)

在選擇開關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)（紋波電流比）之前，需明確輸入電壓范圍和最大負(fù)載電流。輸入電壓范圍要考慮筆記本交流適配器電壓的最壞情況，最大負(fù)載電流要考慮峰值負(fù)載電流和連續(xù)負(fù)載電流。

2. 電感選擇

根據(jù)開關(guān)頻率和工作點(diǎn)（紋波電流百分比或LIR）確定電感值，公式為(L=left(frac{V{I N}-V{OUT }}{f{S W} × I{LOAD(MAX) } × LIR }right) timesleft(frac{V{OUT }}{V{IN }}right)) 。要選擇低損耗、直流電阻盡可能低且能適應(yīng)規(guī)定尺寸的電感，同時要確保電感在峰值電流時不飽和。

3. 設(shè)置谷值電流限制

谷值電流限制閾值要足夠高，以支持最大負(fù)載電流。在DCR傳感時，要特別注意導(dǎo)通電阻的公差和熱變化，可使用電感數(shù)據(jù)手冊中的最壞情況最大值，并考慮溫度上升對RDCR的影響。

4. 電容選擇

• PWM輸出電容：要選擇有效串聯(lián)電阻（ESR）足夠低以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求，同時又足夠高以滿足穩(wěn)定性要求的電容。對于不同應(yīng)用，電容大小的確定因素不同，需綜合考慮電容化學(xué)特性、成本等因素。
• 輸入電容：要滿足開關(guān)電流產(chǎn)生的紋波電流要求，根據(jù)公式(RMS =left(frac{ LOAD }{V{IN }}right) sqrt{V{OUT } timesleft(V{IN }-V{OUT }right)}) 計(jì)算RMS電流要求，選擇合適的電容，同時要考慮電容對浪涌電流的抗性和溫度上升情況。
• VTTI輸入電容：選擇合適的VTTI旁路電容，以限制VTTI處的紋波/噪聲和負(fù)載瞬變時的電壓下降。
• VTT輸出電容：根據(jù)負(fù)載電流大小選擇合適的電容，以保證調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性。
• VTTR輸出電容：對于典型應(yīng)用，推薦使用最小0.33μF的陶瓷電容。

5. MOSFET選擇

• 高側(cè)MOSFET：要能在(VIN(MIN)) 和(VIN(MAX)) 時消散電阻損耗和開關(guān)損耗，盡量使兩者損耗大致相等。若(VIN) 變化范圍不大，當(dāng)電阻損耗等于開關(guān)損耗時，功率損耗最小。
• 低側(cè)MOSFET：選擇導(dǎo)通電阻盡可能低、封裝適中且價格合理的MOSFET，確保DL柵極驅(qū)動器能提供足夠電流，避免交叉導(dǎo)通問題。

6. 輸出電壓設(shè)置

• 預(yù)設(shè)輸出電壓：通過將FB連接到AGND可獲得1.5V固定輸出，連接到VCC可獲得1.8V固定輸出，直接連接到OUT可獲得1.0V固定輸出。
• 可調(diào)輸出電壓：使用電阻分壓器可將輸出電壓在1.0V至2.7V之間調(diào)節(jié)，公式為(V{OUT }=V{FB} timesleft(1+frac{R{F B A}}{R{F B B}}right)) 。

7. 升壓電容選擇

根據(jù)高側(cè)MOSFET的柵極充電要求選擇合適的升壓電容，公式為(C{BST}=frac{Q{GATE}}{200 mV}) 。

PCB布局指南

1. 組件安裝

盡可能將所有功率組件安裝在電路板頂部，使它們的接地端子相互對齊。將控制器IC安裝在低側(cè)MOSFET附近，最好在MOSFET對面的背面，以縮短LX、GND、DH和DL柵極驅(qū)動線的長度，并使其寬度足夠?qū)挕?/p>

2. 布線原則

保持高電流路徑短，特別是接地端子處；保持電源走線和負(fù)載連接短，可使用厚銅PCB提高滿載效率；將柵極驅(qū)動組件（BST二極管和電容、VDD旁路電容）靠近控制器IC分組；將DC - DC控制器的接地連接按照特定方式進(jìn)行，使模擬接地平面和功率接地平面僅在IC處單點(diǎn)連接；直接將CSH和CSL連接在電流感測電阻（RSENSE）兩端，以減少電流感測誤差；在走線長度需要權(quán)衡時，優(yōu)先讓電感充電路徑比放電路徑長；將輸出功率平面通過多個過孔直接連接到輸出濾波電容的正負(fù)極；將高速開關(guān)節(jié)點(diǎn)（BST、LX、DH和DL）遠(yuǎn)離敏感模擬區(qū)域（REFIN、FB、CSH和CSL）。

總結(jié)

MAX17000A為DDR2和DDR3內(nèi)存提供了全面、高效且可靠的電源管理解決方案。通過合理的設(shè)計(jì)和布局，能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，滿足筆記本電腦等設(shè)備對內(nèi)存電源的嚴(yán)格要求。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行靈活調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)最佳的電源管理效果。大家在使用MAX17000A過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。