MAX8632：集成DDR電源解決方案，助力桌面、筆記本和顯卡設(shè)計(jì)

在電子設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，為DDR內(nèi)存提供穩(wěn)定、高效且可靠的電源供應(yīng)是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。Maxim的MAX8632集成了同步降壓PWM控制器、LDO線性穩(wěn)壓器和10mA參考輸出緩沖器，專為桌面、筆記本和顯卡等設(shè)備中的DDR內(nèi)存應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它具有多種特性，能夠滿足不同場(chǎng)景下的電源需求。

文件下載：MAX8632.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX8632集成同步降壓PWM控制器，用于產(chǎn)生VDDQ；具備灌/拉式LDO線性穩(wěn)壓器，可生成VTT；還有一個(gè)10mA參考輸出緩沖器，用于產(chǎn)生VTTR。降壓控制器可驅(qū)動(dòng)兩個(gè)外部n溝道MOSFET，在2V至28V輸入電壓下，輸出電壓低至0.7V，輸出電流高達(dá)15A。LDO可連續(xù)灌/拉1.5A電流，峰值電流達(dá)3A。并且LDO輸出和10mA參考緩沖器輸出均可跟蹤REFIN電壓，這些特性使其非常適合DDR內(nèi)存應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性

（一）降壓控制器

• 快速響應(yīng)：采用Quick - PWM架構(gòu)，對(duì)負(fù)載瞬變的響應(yīng)時(shí)間僅100ns，能快速適應(yīng)負(fù)載變化。
• 高效節(jié)能：效率高達(dá)95%，可有效降低功耗，提高設(shè)備的能源利用率。
• 寬輸入電壓范圍：支持2V至28V的輸入電壓，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。
• 靈活輸出：提供1.8V/2.5V固定輸出或0.7V至5.5V可調(diào)輸出，滿足多樣化的設(shè)計(jì)需求。
• 可選擇開關(guān)頻率：開關(guān)頻率最高可達(dá)600kHz，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的頻率。
• 可編程電流限制：具備折返功能，可有效保護(hù)電路，防止過流損壞。
• 數(shù)字軟啟動(dòng)：1.7ms的數(shù)字軟啟動(dòng)功能，可減少啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊。
• 獨(dú)立控制：擁有獨(dú)立的關(guān)斷和待機(jī)控制，方便實(shí)現(xiàn)電源管理。
• 過壓/欠壓保護(hù)：提供過壓/欠壓保護(hù)選項(xiàng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 電源良好窗口比較器：可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓，確保輸出穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)。

（二）LDO部分

• 集成功能：完全集成VTT和VTTR功能，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
• 強(qiáng)大的灌/拉能力：VTT具備±3A的灌/拉能力，能滿足大電流需求。
• 小電容需求：VTT僅需20μF陶瓷電容，有助于減小電路板面積和成本。
• 精準(zhǔn)跟蹤：VTT和VTTR輸出可跟蹤VREFIN / 2，保證輸出電壓的準(zhǔn)確性。
• 全陶瓷輸出電容設(shè)計(jì)：采用全陶瓷輸出電容設(shè)計(jì)，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。
• 寬輸入電壓范圍：支持1.0V至2.8V的輸入電壓。
• 電源良好窗口比較器：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電壓，確保輸出穩(wěn)定。

三、工作原理

（一）自由運(yùn)行恒定導(dǎo)通時(shí)間PWM

Quick - PWM控制架構(gòu)是一種偽固定頻率、恒定導(dǎo)通時(shí)間、帶電壓前饋的電流模式調(diào)節(jié)器。它依靠輸出濾波電容的ESR作為電流檢測(cè)電阻，輸出紋波電壓提供PWM斜坡信號(hào)。通過一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路確定高端開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，另一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路設(shè)置最小關(guān)斷時(shí)間。這種架構(gòu)能輕松處理寬輸入/輸出電壓比，在保持較高效率的同時(shí)，提供相對(duì)恒定的開關(guān)頻率。

（二）自動(dòng)脈沖跳躍模式

在輕載時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)切換到PFM模式。通過比較器在電感電流過零時(shí)截?cái)嗟投碎_關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)脈沖跳躍。脈沖跳躍與非跳躍PWM操作的閾值與電感電流的連續(xù)和不連續(xù)操作邊界一致，負(fù)載電流水平?jīng)Q定了PFM/PWM的切換點(diǎn)。

（三）強(qiáng)制PWM模式

強(qiáng)制PWM模式可禁用控制低端開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的過零比較器，使電感電流在輕載時(shí)反向，保持開關(guān)頻率相對(duì)恒定。該模式適用于減少音頻噪聲、改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和提供動(dòng)態(tài)輸出電壓調(diào)整的灌電流能力。

（四）電流限制

采用獨(dú)特的“谷值”電流檢測(cè)算法，通過檢測(cè)LX和PGND1之間的電壓降來實(shí)現(xiàn)電流限制。在強(qiáng)制PWM模式下，還具備負(fù)電流限制功能，可防止電感電流反向過大。電流限制閾值可通過外部電阻分壓器在ILIM引腳進(jìn)行調(diào)整。

（五）POR、UVLO和軟啟動(dòng)

內(nèi)部上電復(fù)位（POR）在AVDD上升到約2V時(shí)發(fā)生，復(fù)位故障鎖存器和軟啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，為降壓調(diào)節(jié)器做好運(yùn)行準(zhǔn)備。AVDD欠壓鎖定（UVLO）電路在AVDD達(dá)到4.25V之前禁止開關(guān)操作。降壓調(diào)節(jié)器的內(nèi)部軟啟動(dòng)可在啟動(dòng)期間逐步增加電流限制水平，減少輸入浪涌電流。LDO部分的軟啟動(dòng)可通過在SS引腳和地之間連接電容來實(shí)現(xiàn)。

（六）電源良好檢測(cè)

POK1和POK2是開漏輸出的窗口比較器，分別用于連續(xù)監(jiān)測(cè)VOUT和VTTS輸入、VTTR輸出。當(dāng)輸出電壓超出正常調(diào)節(jié)范圍時(shí)，相應(yīng)的POK輸出會(huì)被拉低，可通過外部上拉電阻將其轉(zhuǎn)換為邏輯電平輸出。

（七）故障保護(hù)

• 過壓保護(hù)（OVP）：當(dāng)輸出電壓超過標(biāo)稱調(diào)節(jié)電壓的116%且OVP啟用時(shí)，OVP電路會(huì)設(shè)置故障鎖存器，關(guān)閉PWM控制器，迅速將輸出電容放電并將輸出鉗位到地。
• 欠壓保護(hù)（UVP）：當(dāng)輸出電壓低于調(diào)節(jié)電壓的70%且UVP啟用時(shí)，控制器會(huì)設(shè)置故障鎖存器并進(jìn)入放電模式。
• 熱故障保護(hù)：芯片具有兩個(gè)熱故障保護(hù)電路，分別監(jiān)測(cè)降壓調(diào)節(jié)器和線性調(diào)節(jié)器及參考緩沖器輸出部分。當(dāng)相應(yīng)部分的結(jié)溫超過+160°C時(shí)，會(huì)觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，待溫度下降15°C后可重新啟動(dòng)。

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）參數(shù)確定

在選擇開關(guān)頻率和電感工作點(diǎn)之前，需確定降壓調(diào)節(jié)器的輸入電壓范圍（VIN）和最大負(fù)載電流（ILOAD）。設(shè)計(jì)時(shí)主要需權(quán)衡開關(guān)頻率、電感工作點(diǎn)、輸入電壓范圍、最大負(fù)載電流等因素。

（二）輸出電壓設(shè)置

• 預(yù)設(shè)輸出電壓：通過將FB引腳連接到不同位置，可選擇固定的輸出電壓，如連接到GND為2.5V，連接到AVDD為1.8V，連接到OUT為0.7V。
• 可調(diào)輸出電壓：使用電阻分壓器連接到FB引腳，可將輸出電壓調(diào)節(jié)在0.7V至5.5V之間。

（三）LDO電壓設(shè)置

VTT輸出可直接連接到VTTS輸入以調(diào)節(jié)至VREFIN / 2，也可通過連接電阻分壓器使其調(diào)節(jié)到高于VREFIN / 2的電壓。VTTR輸出跟蹤0.5 x VREFIN。

（四）電感選擇

根據(jù)開關(guān)頻率、輸入輸出電壓和負(fù)載電流等參數(shù)，使用公式(L=frac{V{OUT }left(V{IN }-V{OUT }right)}{V{IN } × f_{SW } × LOAD( MAX ) × LIR })計(jì)算電感值。選擇低損耗、直流電阻盡可能低的電感，確保其在峰值電感電流下不飽和。

（五）電容選擇

• 輸入電容：需滿足開關(guān)電流產(chǎn)生的紋波電流要求，優(yōu)先選擇非鉭電容，確保在RMS輸入電流下溫度上升小于10°C。
• 輸出電容：應(yīng)具有足夠低的等效串聯(lián)電阻（RESR）以滿足輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)要求，同時(shí)具有足夠高的ESR以滿足穩(wěn)定性要求。對(duì)于VTT輸出，最小電容值為20μF；對(duì)于VTTR輸出，推薦使用最小1μF的陶瓷電容。VTTI輸入需使用至少10μF的陶瓷電容，并盡量靠近引腳放置。

（六）MOSFET選擇

選擇外部邏輯電平n溝道MOSFET時(shí)，關(guān)注導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）、最大漏源電壓（VDSS）和柵極電荷（QG、QGD、QGS）等參數(shù)。計(jì)算高低側(cè)MOSFET的功率損耗，確保其在所需的最大工作結(jié)溫、最大輸出電流和最壞情況輸入電壓下正常工作。

（七）電路布局

• 開關(guān)電源級(jí)：所有功率組件盡量安裝在電路板頂層，接地端子緊密相鄰。
• 高電流路徑：保持高電流路徑短，特別是接地端子，以確保穩(wěn)定、無抖動(dòng)運(yùn)行。
• 功率走線：功率走線和負(fù)載連接應(yīng)盡量短，使用厚銅電路板可提高滿載效率。
• 電流檢測(cè)連接：LX和PGND1與低端MOSFET的連接采用開爾文檢測(cè)連接。
• 高速節(jié)點(diǎn)和敏感區(qū)域：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（REF、FB和ILIM）。
• 輸入電容：輸入陶瓷電容應(yīng)盡可能靠近高端MOSFET漏極和低端MOSFET源極。
• LDO部分：VTT電容應(yīng)靠近VTT和PGND2引腳，PGND2側(cè)應(yīng)短且低阻抗，暴露焊盤應(yīng)星型連接到GND和PGND2，PGND1單獨(dú)連接到附近的PGND平面。

五、應(yīng)用建議

MAX8632適用于DDR I和DDR II內(nèi)存電源、桌面計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、顯卡、游戲機(jī)、RAID和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等多種應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)要求，合理選擇開關(guān)頻率、電感值、電容值和MOSFET等組件，同時(shí)注意電路板布局，以充分發(fā)揮芯片的性能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

你是否也在進(jìn)行類似的DDR電源設(shè)計(jì)項(xiàng)目呢？對(duì)于MAX8632的這些特性和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，你在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的見解呢？歡迎在評(píng)論區(qū)留言討論。