MAX8939/MAX8939A/MAX8939B：手機(jī)系統(tǒng)電源管理的理想之選

在當(dāng)今的智能手機(jī)時(shí)代，高效、可靠的電源管理是確保手機(jī)性能和用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵。Maxim Integrated的MAX8939/MAX8939A/MAX8939B系列電源管理IC，專為基于英特爾移動(dòng)通信（IMC）61XX 3G平臺(tái)的手機(jī)設(shè)計(jì)，提供了全面而強(qiáng)大的電源管理解決方案。今天，我們就來深入了解一下這款產(chǎn)品。

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一、產(chǎn)品概述

MAX8939/MAX8939A/MAX8939B集成了支持手機(jī)設(shè)計(jì)所需的各種電源和功能，能夠?yàn)槠脚_(tái)中的所有外圍組件供電，并提供必要的信號(hào)來控制61XX基帶處理器。其集成的鋰離子（Li+）充電器具有高達(dá)28V的輸入保護(hù)和受保護(hù)的輸出電壓，可用于為USB收發(fā)器供電。此外，專有的熱調(diào)節(jié)電路可在快速充電或高溫環(huán)境下限制芯片溫度，確保在不損壞芯片的情況下實(shí)現(xiàn)最大充電電流。

二、關(guān)鍵特性

1. 升壓轉(zhuǎn)換器

• OUT1升壓轉(zhuǎn)換器：保證700mA的輸出電流，輸出電壓可通過I2C在3.5V至5.0V之間以16步長(zhǎng)進(jìn)行編程，效率超過90%。采用片上FET和同步整流器，固定2MHz的PWM開關(guān)頻率，只需使用2.2μH至10μH的小電感。
• WLED升壓轉(zhuǎn)換器：最大輸出電壓可達(dá)28V，輸出電流為60mA，集成nMOS功率開關(guān)，效率同樣超過90%。固定2MHz開關(guān)頻率，采用4.7μH至10μH的小電感，還配備兩個(gè)25mA的獨(dú)立可編程電流調(diào)節(jié)器，輸出電流可通過I2C以128步偽對(duì)數(shù)調(diào)光方式在50μA至25.25mA之間進(jìn)行編程。

2. 線性單節(jié)Li+電池充電器

無需外部MOSFET、反向阻斷二極管或電流檢測(cè)電阻，快速充電電流可編程（MAX8939最大為1.5ARMS，MAX8939A/MAX8939B最大為850mARMS），頂部充電電流閾值也可編程。具有專有的芯片溫度調(diào)節(jié)控制，輸入電壓范圍為4.1V至10V（MAX8939）或4.1V至6.25V（MAX8939A/MAX8939B），并具備高達(dá)28V的輸入過壓保護(hù)。

3. 四個(gè)低噪聲LDO

提供1個(gè)400mA、2個(gè)200mA和1個(gè)100mA的輸出電流，具有高達(dá)65dB（典型值）的電源抑制比（PSRR）和低噪聲（典型值為45μVRMS）。輸出電壓可在1.7V至3.2V之間進(jìn)行編程，靜態(tài)電流較低（典型值為25μA）。

4. 振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器

保證200mA的輸出電流，輸出電壓可在1.3V至VINVIB之間進(jìn)行編程，重復(fù)頻率為23.8kHz，PWM速度可通過I2C以70步進(jìn)行控制，還具備主動(dòng)停止制動(dòng)功能。

5. 61XX基帶控制接口

通過I2C進(jìn)行控制，提供RESET_IN復(fù)位輸入、充電器檢測(cè)PWR_ON_CMP輸出和IRQ中斷輸出。

三、電氣特性

該系列產(chǎn)品的電氣特性涵蓋了多個(gè)方面，包括電池電壓、充電電流、輸出電壓精度等。例如，BATT的工作電壓范圍為2.9V至5.5V，在不同的工作條件下，其關(guān)機(jī)、待機(jī)和偏置電源電流都有明確的參數(shù)。此外，各個(gè)轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)器的輸出電壓精度、電流限制等參數(shù)也都經(jīng)過了精心設(shè)計(jì)，以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。

四、典型工作特性

文檔中給出了多個(gè)典型工作特性曲線，如OUT1升壓轉(zhuǎn)換器的效率與負(fù)載電流關(guān)系、輸出電壓與電池電壓關(guān)系等。這些曲線直觀地展示了產(chǎn)品在不同條件下的性能表現(xiàn)，為工程師在設(shè)計(jì)過程中提供了重要的參考依據(jù)。通過分析這些曲線，我們可以更好地了解產(chǎn)品的工作特性，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的性能。

五、詳細(xì)工作原理

1. 啟動(dòng)和電源狀態(tài)

產(chǎn)品在首次連接電池后會(huì)生成內(nèi)部上電復(fù)位信號(hào)，將I2C寄存器重置為默認(rèn)值，進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)電池電壓超過欠壓鎖定（UVLO）上限閾值時(shí)，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)I2C總線可進(jìn)行寫入操作。在待機(jī)狀態(tài)下，如果通過I2C啟用某個(gè)單元或CHG_IN上電，芯片將進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)電池電壓低于UVLO下限閾值時(shí)，芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)RESET邏輯為低時(shí)，進(jìn)入關(guān)機(jī)狀態(tài)。

2. 充電器工作原理

充電器采用電壓、電流和熱控制環(huán)路對(duì)單節(jié)Li+電池進(jìn)行充電和保護(hù)，一個(gè)完整的充電周期包括預(yù)充電、恒流快充（CC）、恒壓頂部充電（CV）和充電完成四個(gè)狀態(tài)。在預(yù)充電階段，如果電池電壓低于2.55V，充電器以90mA的電流進(jìn)行預(yù)充電，直到達(dá)到預(yù)充電上限閾值或最大預(yù)充電時(shí)間。進(jìn)入快充階段后，使用模擬軟啟動(dòng)來減少輸入電源的浪涌電流，快充電流和安全定時(shí)器可通過I2C接口進(jìn)行編程。當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，充電器進(jìn)入頂部充電模式，保持電壓恒定，電流逐漸下降，直到達(dá)到頂部充電電流閾值。

3. 其他功能模塊

• 線性穩(wěn)壓器：四個(gè)低噪聲LDO專為低壓降、低噪聲、高PSRR和低靜態(tài)電流而設(shè)計(jì)，可通過I2C接口在電池電壓高于UVLO上限閾值時(shí)開啟。LDO1還可通過硬件引腳LDO1_EN進(jìn)行控制。
• OUT1升壓DC - DC轉(zhuǎn)換器：采用固定頻率PWM升壓轉(zhuǎn)換器，通過內(nèi)部功率MOSFET和同步整流器以2MHz的恒定頻率開關(guān)，可變占空比最大可達(dá)75%，以保持輸出電壓恒定。內(nèi)部電路通過強(qiáng)制最小8%的占空比防止在臨界降壓/升壓區(qū)域出現(xiàn)不必要的次諧波開關(guān)。
• OUT2白色LED驅(qū)動(dòng)器：用于驅(qū)動(dòng)白色LED，能夠在高達(dá)28V的電壓下輸出60mA的電流。該轉(zhuǎn)換器以固定2MHz的開關(guān)頻率工作，在輕載時(shí)自動(dòng)進(jìn)入脈沖跳躍模式以提高效率。
• 振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器：是一個(gè)帶有PWM控制的LDO，輸出電壓可通過I2C編程為1.3V、2.5V、3.0V或VBATT。通過PWM信號(hào)控制，占空比可在0%至83%或100%之間調(diào)節(jié)，重復(fù)頻率為23.8kHz，分為84個(gè)步驟。

六、應(yīng)用設(shè)計(jì)建議

1. 電感選擇

OUT1升壓轉(zhuǎn)換器建議使用2.2μH至10μH的電感，OUT2 LED驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化使用10μH的電感。為防止磁芯飽和，電感的飽和電流額定值應(yīng)超過應(yīng)用中的峰值電感電流。文檔中給出了計(jì)算最壞情況下峰值電感電流的公式，并提供了推薦的電感型號(hào)。

2. 電容選擇

建議使用陶瓷電容，因其具有低ESR特性。確保電容在溫度和直流偏置下能保持其電容值，一般X5R或X7R溫度特性的陶瓷電容表現(xiàn)良好。應(yīng)將電容盡可能靠近芯片放置，以減少寄生效應(yīng)。

3. 補(bǔ)償設(shè)計(jì)

OUT1升壓轉(zhuǎn)換器通過從COMP1到地的外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)定性補(bǔ)償，建議使用2200pF的陶瓷電容。OUT2 LED驅(qū)動(dòng)器通過從COMP2到地的外部補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行穩(wěn)定性補(bǔ)償，大多數(shù)應(yīng)用建議使用0.22FF的陶瓷電容。

4. 二極管選擇

OUT2 LED轉(zhuǎn)換器使用外部整流二極管，建議使用肖特基二極管，因其具有快速恢復(fù)時(shí)間和低正向壓降。二極管的平均和峰值電流額定值應(yīng)超過平均輸出電流和峰值電感電流，反向擊穿電壓必須超過最大VOUT2。

5. PCB布局

由于存在快速開關(guān)波形和高電流路徑，需要進(jìn)行精心的PCB布局。盡量減小芯片與電感、二極管、輸入電容和輸出電容之間的走線長(zhǎng)度，將輸入和輸出電容的接地端盡可能靠近，并使用獨(dú)立的電源地和模擬地銅區(qū)，在輸出電容接地處將它們連接在一起。將嘈雜的走線（如LX_節(jié)點(diǎn)走線）與敏感的模擬電路保持距離，為提高散熱性能，應(yīng)最大化LX_和PGND_走線的銅面積。

七、總結(jié)

MAX8939/MAX8939A/MAX8939B系列電源管理IC以其豐富的功能、出色的性能和詳細(xì)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)，為手機(jī)系統(tǒng)電源管理提供了一個(gè)全面而可靠的解決方案。無論是在充電管理、電源轉(zhuǎn)換還是外設(shè)驅(qū)動(dòng)方面，都展現(xiàn)出了卓越的表現(xiàn)。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)基于英特爾移動(dòng)通信（IMC）61XX 3G平臺(tái)的手機(jī)時(shí)，不妨考慮一下這款產(chǎn)品，它可能會(huì)為你的設(shè)計(jì)帶來意想不到的效果。你在使用類似電源管理IC的過程中遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。