探索MAX1809：3A、1MHz DDR內(nèi)存終端電源的卓越之選

在電子設(shè)計領(lǐng)域，一款性能出色的電源管理芯片能為產(chǎn)品帶來眾多優(yōu)勢。今天我們就來詳細了解MAXIM公司的MAX1809，這是一款適合筆記本和超便攜筆記本電腦等設(shè)備，可提供1.1V至5V有源終端電源的DC - DC轉(zhuǎn)換器。

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1. 器件概述

主要特性

MAX1809是一款具有可逆能量流、恒定關(guān)斷時間的脈沖寬度調(diào)制（PWM）降壓式DC - DC轉(zhuǎn)換器。它內(nèi)部集成了PMOS功率開關(guān)和NMOS同步整流器，不僅提高了效率，還能減少外部元件數(shù)量。內(nèi)部的90mΩ PMOS功率開關(guān)和70mΩ NMOS同步整流開關(guān)可輕松提供高達3A的連續(xù)負載電流，輸出電壓在1.1V至VIN之間可調(diào)，效率最高可達93%。

它能實現(xiàn)源/灌3A電流、±1%輸出精度、高達1MHz開關(guān)頻率以及熱關(guān)斷、輸出短路保護等豐富功能。輸入電壓范圍為3V至5.5V，關(guān)斷狀態(tài)下電源電流小于1μA。

應用場景

主要應用于DDR內(nèi)存終端、有源終端總線等場景，能為這些場景提供穩(wěn)定、高效的電源供應。

2. 工作模式詳解

恒定關(guān)斷時間操作

在恒定關(guān)斷時間架構(gòu)下，F(xiàn)B電壓比較器在每個關(guān)斷時間結(jié)束時開啟PMOS開關(guān)，使器件保持在連續(xù)導通模式。PMOS開關(guān)一直導通，直到反饋電壓超過外部參考電壓（VEXTREF）或達到正電流限制。當PMOS開關(guān)關(guān)閉時，它會在編程的關(guān)斷時間（tOFF）內(nèi)保持關(guān)閉。在短路情況下，當VFB < VEXTREF/4時，PMOS開關(guān)大約保持4 × tOFF時間的關(guān)閉狀態(tài)。

同步整流

傳統(tǒng)的降壓調(diào)節(jié)器沒有同步整流時，需要外部肖特基二極管為電感放電時的電流提供通路。而MAX1809用低電阻的NMOS同步開關(guān)取代肖特基二極管，減少了傳導損耗并提高了效率。NMOS同步整流開關(guān)在PMOS功率開關(guān)關(guān)閉后短延遲（約50ns）開啟，防止交叉導通。在恒定關(guān)斷時間模式下，同步整流開關(guān)在PMOS功率開關(guān)開啟前關(guān)閉，此時電感電流通過NMOS開關(guān)的內(nèi)部體二極管流動。

電流源和灌功能

通過在恒定關(guān)斷時間、準固定頻率模式下運行，MAX1809可以同時提供源電流和灌電流。根據(jù)輸出電流要求，電路在兩種模式下運行。當輸出需要電流時，它作為常規(guī)降壓控制器，從輸入電源軌向輸出提供電流。當輸出由其他電源供電時，它作為同步升壓轉(zhuǎn)換器，將功率從輸出返回給輸入。

3. 關(guān)鍵參數(shù)與特性

絕對最大額定值

要注意各引腳的電壓、電流極限值，如VCC IN到VCC為±0.3V，GND到PGND為±0.3V等。超過這些絕對最大額定值可能會對器件造成永久性損壞。

電氣特性

輸入電壓范圍為3.0V至5.5V；反饋電壓精度在一定條件下為 - 12mV至 + 12mV；外部參考電壓范圍會根據(jù)輸入電壓有所變化。開關(guān)頻率可達1MHz等一系列豐富的電氣特性指標。

熱阻

結(jié)到環(huán)境的熱阻（θJA）高度依賴于IC引腳周圍的銅面積大小。MAX1809 QFN封裝在沒有強制氣流時有50°C/W的熱阻，16引腳QSOP評估套件在無強制氣流時熱阻為80°C/W。增加氣流可顯著降低熱阻，QFN封裝的外露背面焊盤應連接到大型模擬接地平面以進行散熱。

4. 設(shè)計要點與建議

設(shè)計步驟

• 選擇開關(guān)頻率：參考最大工作頻率圖選擇期望的PWM模式開關(guān)頻率。
• 確定關(guān)斷時間：根據(jù)輸入電壓、輸出電壓和開關(guān)頻率確定恒定關(guān)斷時間。
• 選擇電阻RTOFF：根據(jù)關(guān)斷時間選擇RTOFF的阻值，推薦值范圍為36kΩ至430kΩ （對應關(guān)斷時間0.4μs至4μs）。
• 電感選擇：確定電感值（L）和峰值電流（IPEAK），電感飽和電流應至少等于峰值電感電流，且在所選工作頻率下?lián)p耗要低。計算公式為 (L=frac{(V{OUT } × t{OFF })}{( I{SOURCE} - I{SINK} ) × L_{IR }}) ，其中LIR是電感交流電流（紋波電流）與最大直流負載電流的比值，一般取0.25較為合適。
• 輸入和輸出電容選擇：輸入電容要選擇低ESR和低ESL的，靠近IN引腳放置；輸出電容需滿足輸出紋波、負載瞬態(tài)響應和反饋環(huán)路穩(wěn)定性要求。輸出電容最小ESR應滿足 (R{ESR}>1% times(L / t{OFF})) ，電容值 (C{OUT } geq frac{t{OFF }}{V_{OUT }} × 79 mu FV / mu s) 。

輸出電壓設(shè)置

輸出電壓通過施加到EXTREF引腳的外部電壓設(shè)置，可直接來自另一個電壓源或外部參考。在DDR應用中作為有源終端電源，可通過外部二分電阻網(wǎng)絡產(chǎn)生所需的參考電壓并連接到EXTREF。也可將FB連接到輸出電壓和地之間的電阻分壓器來將輸出調(diào)整到VIN ，此時 (R 2=R 1left(frac{V{OUT }}{V{EXTREF }}-1right)) 。

軟啟動功能

軟啟動可逐漸增加內(nèi)部電流限制，減少啟動和退出關(guān)斷時的輸入浪涌電流。通過在SS引腳和GND之間連接一個定時電容CSS來設(shè)置內(nèi)部電流限制的變化速率。

5. 應用注意事項

頻率隨輸出電流的變化

隨著輸出電流的增加，NMOS和PMOS開關(guān)上的電壓降會增加，電感上的電壓降低，從而導致開關(guān)頻率下降?？赏ㄟ^公式 (Delta f{SW}=frac{Delta l{OUT } × R{PMOS }}{(V{IN } × t_{OFF })}) 近似計算頻率變化。

電路布局和接地

良好的布局對于實現(xiàn)MAX1809的預期輸出功率、高效率和低噪聲至關(guān)重要。要盡量減少開關(guān)電流和高電流接地環(huán)路；輸入濾波電容應距離IN引腳小于5mm，連接銅跡線寬度至少1mm；LX節(jié)點組件應盡量靠近器件；使用接地平面，QFN封裝的外露背面焊盤應連接到大型模擬接地平面。

電壓定位

在負載瞬變極快（>10A/μs）的應用中，電壓定位可減少滿足給定瞬態(tài)響應要求所需的總輸出電容。選擇合適的RDROOP，使最大負載電流下的輸出電壓（包括紋波）略高于輸出容限的下限，但會有一定的效率損失。

陶瓷輸出電容應用

陶瓷電容具有超低ESR、不可燃、相對較小和無極性等優(yōu)點，但也存在價格昂貴、易碎以及可能導致輸出電壓紋波過低影響穩(wěn)定性等問題。在電壓定位電路中，MAX1809可充分利用陶瓷輸出電容的小尺寸和低ESR特性，可通過增加定位電阻滿足最小反饋紋波電壓要求。

輸入源

由于降壓和升壓轉(zhuǎn)換器的可逆特性，MAX1809輸出可接受電流。當輸出電壓超過或等于輸出設(shè)定電壓時，能量流向反轉(zhuǎn)，若輸入未連接到能夠吸收能量的低阻抗源，輸入電壓會升高，可能損壞器件。因此要確保輸入連接到低阻抗、兩象限電源，或負載消耗的功率大于從輸出傳輸?shù)捷斎氲墓β省?/p>

關(guān)斷輸出放電

關(guān)斷MAX1809時，若沒有泄漏或放電路徑，輸出可能保持高電平，在DDR內(nèi)存系統(tǒng)中可能違反規(guī)格，可通過添加二極管或小信號晶體管等電路來實現(xiàn)輸出放電。

灌電流模式啟動

如果在啟動前無法保證VFB < VEXTREF，可在反饋路徑中添加100Ω電阻，并從FB到SS添加一個二極管，確保MAX1809進入PWM模式并開始灌電流。

綜上所述，MAX1809是一款功能強大、性能卓越的電源管理芯片，但在實際應用中需要工程師綜合考慮各種因素，精心設(shè)計和調(diào)試，才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。