深入解析MAX1820/MAX1821：WCDMA手機(jī)600mA降壓調(diào)節(jié)器的卓越之選

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，電源管理芯片的性能直接影響著設(shè)備的整體表現(xiàn)。MAX1820/MAX1821作為WCDMA手機(jī)600mA降壓調(diào)節(jié)器，以其高效、穩(wěn)定的特性，在眾多電源管理芯片中脫穎而出。今天，我們就來(lái)深入了解一下這兩款芯片。

文件下載：MAX1820.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX1820/MAX1821是低 dropout、脈沖寬度調(diào)制（PWM）的DC - DC降壓調(diào)節(jié)器，專(zhuān)為WCDMA手機(jī)中的功率放大器（PA）供電而優(yōu)化。不過(guò)，它們?cè)谄渌麑?duì)效率要求較高的應(yīng)用中也能大顯身手。其電源電壓范圍為2.6V至5.5V，保證輸出電流為600mA。1MHz的PWM開(kāi)關(guān)頻率允許使用小型外部組件，而跳過(guò)模式在輕負(fù)載時(shí)可將靜態(tài)電流降至180μA。

MAX1820可動(dòng)態(tài)控制，提供0.4V至3.4V的可變輸出電壓，電路設(shè)計(jì)能使輸出電壓在電壓和電流滿(mǎn)量程變化時(shí)，在<30μs內(nèi)穩(wěn)定下來(lái)。MAX1821則通過(guò)外部電阻設(shè)置，可提供1.25V至5.5V范圍內(nèi)的任何固定輸出電壓。

這兩款芯片都包含一個(gè)低導(dǎo)通電阻的內(nèi)部MOSFET開(kāi)關(guān)和同步整流器，以最大限度提高效率并減少外部組件數(shù)量。100%占空比操作可在600mA負(fù)載下實(shí)現(xiàn)僅150mV的低壓降，包括外部電感電阻。它們提供10引腳μMAX?和3×4芯片級(jí)（UCSP?）封裝。

二、產(chǎn)品特性

（一）輸出電壓靈活可調(diào)

MAX1820可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓，范圍從0.4V到3.4V；MAX1821則可通過(guò)編程設(shè)置輸出電壓，范圍為1.25V到5.5V。

（二）時(shí)鐘同步功能

MAX1820X可同步到13MHz外部時(shí)鐘，MAX1820Y可同步到19.8MHz外部時(shí)鐘，而MAX1820Z無(wú)同步功能，采用內(nèi)部1MHz振蕩器。

（三）低靜態(tài)電流

在跳過(guò)模式下，靜態(tài)電流典型值為180μA；在關(guān)機(jī)模式下，典型值為0.1μA。

（四）無(wú)需外部肖特基二極管

內(nèi)部同步整流器的設(shè)計(jì)，消除了對(duì)外部肖特基二極管的需求，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。

（五）高輸出電流

保證輸出電流為600mA，能滿(mǎn)足大多數(shù)應(yīng)用的需求。

（六）寬占空比范圍

支持0%至100%的占空比操作，在600mA負(fù)載下的壓降僅為150mV（包括外部電感的RDC）。

（七）多種封裝形式

提供μMAX或UCSP封裝，方便不同應(yīng)用場(chǎng)景的選擇。

三、電氣特性

（一）輸入電壓與電流

輸入BATT電壓范圍為2.6V至5.5V，欠壓鎖定閾值在2.15V至2.55V之間（VBATT上升，1%遲滯）。不同模式下的靜態(tài)電流和關(guān)機(jī)電源電流也有明確的參數(shù)范圍。

（二）誤差放大器

MAX1820的OUT電壓精度在不同條件下有具體的數(shù)值范圍，OUT輸入電阻、REF輸入電流等也有相應(yīng)的參數(shù)。MAX1821的FB電壓精度和FB輸入電流也有明確規(guī)定。

（三）控制器

P通道和N通道的導(dǎo)通電阻、電流感測(cè)跨阻、電流限制閾值等參數(shù)，確保了芯片在不同負(fù)載條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

（四）同步與振蕩器

不同型號(hào)的芯片在同步分頻比、同步捕獲范圍、內(nèi)部振蕩器頻率等方面有各自的特性，以滿(mǎn)足不同的應(yīng)用需求。

（五）邏輯輸入

邏輯輸入高和低的電壓范圍以及邏輯輸入電流都有明確的規(guī)定，保證了芯片與其他電路的兼容性。

四、典型工作特性

（一）效率與電壓、電流的關(guān)系

從效率與輸出電壓、輸入電壓、負(fù)載電流的關(guān)系曲線可以看出，芯片在不同工作條件下的效率表現(xiàn)。例如，在不同負(fù)載電阻和輸入電壓下，效率會(huì)有所變化。

（二）電壓與電流的波形

通過(guò)不同負(fù)載條件下的開(kāi)關(guān)波形圖，如中負(fù)載、輕負(fù)載、重負(fù)載時(shí)的開(kāi)關(guān)波形，我們可以直觀地了解芯片的工作狀態(tài)。

五、引腳描述

芯片的每個(gè)引腳都有其特定的功能，如SKIP引腳用于PWM/跳過(guò)模式輸入，COMP引腳用于補(bǔ)償，OUT引腳用于輸出電壓感測(cè)輸入等。正確理解每個(gè)引腳的功能，對(duì)于電路設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

六、詳細(xì)工作原理

（一）PWM控制

MAX1820/MAX1821采用斜率補(bǔ)償?shù)碾娏髂Ｊ絇WM控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)100%占空比。電流模式控制設(shè)計(jì)確保了最小占空比小于10%，即使在單節(jié)鋰離子電池供電時(shí)，輸出低至0.4V也能保持恒定的開(kāi)關(guān)頻率。通過(guò)PWM比較器，在每個(gè)周期內(nèi)調(diào)節(jié)傳輸?shù)截?fù)載的功率，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

（二）正常模式操作

將SKIP引腳連接到GND可啟用正常操作模式，該模式在中重負(fù)載時(shí)采用自動(dòng)PWM控制，輕負(fù)載時(shí)采用跳過(guò)模式，以提高效率并降低靜態(tài)電流。在跳過(guò)模式下，芯片僅在需要時(shí)進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，減少了開(kāi)關(guān)頻率和相關(guān)損耗。

（三）強(qiáng)制PWM操作

將SKIP引腳連接到BATT可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制PWM操作，適用于對(duì)噪聲敏感的RF和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，確保開(kāi)關(guān)諧波不會(huì)干擾敏感的IF和數(shù)據(jù)采樣頻率。

（四）100%占空比操作

當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，占空比會(huì)增加，直至P通道MOSFET持續(xù)導(dǎo)通。在100%占空比下，壓降為輸出電流乘以?xún)?nèi)部開(kāi)關(guān)和電感的導(dǎo)通電阻，約為150mV（IOUT = 600mA）。

（五）COMP鉗位

補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的誤差調(diào)節(jié)范圍為0.45V至2.15V，鉗位功能可防止COMP引腳電壓過(guò)高或過(guò)低，優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)。

（六）欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)電池電壓低于UVLO閾值（典型值2.35V）時(shí)，芯片不工作，BATT輸入保持高阻抗，確保輸出電壓調(diào)節(jié)的完整性，防止啟動(dòng)時(shí)和電池電壓下降時(shí)的過(guò)大電流。

（七）同步整流

N通道同步整流器消除了外部肖特基二極管的需求，提高了效率。在正常模式下，當(dāng)輸出超出調(diào)節(jié)范圍或電感電流接近零時(shí)，同步整流器關(guān)閉；在強(qiáng)制PWM模式下，同步整流器保持激活狀態(tài)，直到新周期開(kāi)始。

（八）SYNC輸入和頻率控制

MAX1820Z和MAX1821的內(nèi)部振蕩器固定為1MHz開(kāi)關(guān)頻率，無(wú)同步能力，SYNC引腳必須連接到GND。MAX1820Y、MAX1820X和MAX1821X可同步到外部信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)SYNC引腳的13MHz（MAX1820X和MAX1821X）或19.8MHz（MAX1820Y）交流耦合正弦波實(shí)現(xiàn)同步。

（九）關(guān)機(jī)模式

將SHDN引腳驅(qū)動(dòng)到GND可使芯片進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，此時(shí)參考、控制電路、內(nèi)部開(kāi)關(guān)MOSFET和同步整流器關(guān)閉，電源電流降至0.1μA，輸出呈高阻抗。

七、應(yīng)用信息

（一）設(shè)置輸出電壓

MAX1820通過(guò)REF輸入動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸出電壓，從0.4V到VBATT，VREF到VOUT的增益內(nèi)部設(shè)置為1.76，可通過(guò)外部DAC在操作過(guò)程中調(diào)整輸出電壓。MAX1821則通過(guò)將FB引腳連接到輸出和GND之間的電阻分壓器，選擇1.25V至VBATT之間的輸出電壓。

（二）補(bǔ)償和穩(wěn)定性

通過(guò)在COMP引腳和GND之間串聯(lián)電阻和電容進(jìn)行外部補(bǔ)償，設(shè)置補(bǔ)償零點(diǎn)，確保系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要選擇合適的轉(zhuǎn)換器帶寬，計(jì)算補(bǔ)償電容和電阻的值。

（三）電感選擇

建議大多數(shù)應(yīng)用使用4μH至6μH、飽和電流至少為800mA的電感，電感的直流電阻應(yīng)<200mΩ，飽和電流應(yīng)>1A?？筛鶕?jù)公式計(jì)算理想電感值和最大電感電流。

（四）輸入電容選擇

輸入電容用于減少?gòu)碾姵鼗蜉斎腚娫醇橙〉碾娏鞣逯?，降低IC中的開(kāi)關(guān)噪聲。應(yīng)選擇阻抗在開(kāi)關(guān)頻率下小于輸入源的電容，并滿(mǎn)足紋波電流要求。

（五）輸出電容選擇

輸出電容用于保持輸出電壓紋波小，并確保調(diào)節(jié)控制回路的穩(wěn)定性。建議使用陶瓷電容，電容電壓額定值應(yīng)超過(guò)最大施加電壓。

（六）PC板布局和布線

由于高開(kāi)關(guān)頻率和大峰值電流，PC板布局非常重要。應(yīng)將電感、輸入濾波電容和輸出濾波電容盡可能靠近連接，保持走線短、直且寬，采用星型接地配置。外部電壓反饋網(wǎng)絡(luò)應(yīng)靠近FB引腳，避免噪聲走線干擾。

八、總結(jié)

MAX1820/MAX1821降壓調(diào)節(jié)器以其豐富的特性和穩(wěn)定的性能，為WCDMA手機(jī)和其他對(duì)效率要求較高的應(yīng)用提供了出色的電源管理解決方案。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要充分考慮芯片的電氣特性、工作原理和應(yīng)用要求，合理選擇外部組件，優(yōu)化PC板布局，以確保芯片發(fā)揮最佳性能。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過(guò)類(lèi)似芯片的使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。