探索MAX1809：3A、1MHz DDR內(nèi)存終端電源的卓越之選

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，一款性能出色的電源管理芯片能為產(chǎn)品帶來(lái)眾多優(yōu)勢(shì)。今天我們就來(lái)詳細(xì)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(shí)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(dá)3A的連續(xù)負(fù)載電流，輸出電壓在1.1V至VIN之間可調(diào)，效率最高可達(dá)93%。

它能實(shí)現(xiàn)源/灌3A電流、±1%輸出精度、高達(dá)1MHz開關(guān)頻率以及熱關(guān)斷、輸出短路保護(hù)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(yīng)用場(chǎng)景

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

2. 工作模式詳解

恒定關(guān)斷時(shí)間操作

在恒定關(guān)斷時(shí)間架構(gòu)下，F(xiàn)B電壓比較器在每個(gè)關(guān)斷時(shí)間結(jié)束時(shí)開啟PMOS開關(guān)，使器件保持在連續(xù)導(dǎo)通模式。PMOS開關(guān)一直導(dǎo)通，直到反饋電壓超過(guò)外部參考電壓（VEXTREF）或達(dá)到正電流限制。當(dāng)PMOS開關(guān)關(guān)閉時(shí)，它會(huì)在編程的關(guān)斷時(shí)間（tOFF）內(nèi)保持關(guān)閉。在短路情況下，當(dāng)VFB < VEXTREF/4時(shí)，PMOS開關(guān)大約保持4 × tOFF時(shí)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(shí)，需要外部肖特基二極管為電感放電時(shí)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(dǎo)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(dǎo)通。在恒定關(guān)斷時(shí)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(shí)電感電流通過(guò)NMOS開關(guān)的內(nèi)部體二極管流動(dòng)。

電流源和灌功能

通過(guò)在恒定關(guān)斷時(shí)間、準(zhǔn)固定頻率模式下運(yùn)行，MAX1809可以同時(shí)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(yùn)行。當(dāng)輸出需要電流時(shí)，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(dāng)輸出由其他電源供電時(shí)，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(duì)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(guò)這些絕對(duì)最大額定值可能會(huì)對(duì)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(huì)根據(jù)輸入電壓有所變化。開關(guān)頻率可達(dá)1MHz等一系列豐富的電氣特性指標(biāo)。

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(qiáng)制氣流時(shí)有50°C/W的熱阻，16引腳QSOP評(píng)估套件在無(wú)強(qiáng)制氣流時(shí)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(yīng)連接到大型模擬接地平面以進(jìn)行散熱。

4. 設(shè)計(jì)要點(diǎn)與建議

設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)間。
• 選擇電阻RTOFF：根據(jù)關(guān)斷時(shí)間選擇RTOFF的阻值，推薦值范圍為36kΩ至430kΩ （對(duì)應(yīng)關(guān)斷時(shí)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(yīng)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(jì)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(fù)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(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和反饋環(huán)路穩(wěn)定性要求。輸出電容最小ESR應(yīng)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(guò)施加到EXTREF引腳的外部電壓設(shè)置，可直接來(lái)自另一個(gè)電壓源或外部參考。在DDR應(yīng)用中作為有源終端電源，可通過(guò)外部二分電阻網(wǎng)絡(luò)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(lái)將輸出調(diào)整到VIN ，此時(shí) (R 2=R 1left(frac{V{OUT }}{V{EXTREF }}-1right)) 。

軟啟動(dòng)功能

軟啟動(dòng)可逐漸增加內(nèi)部電流限制，減少啟動(dòng)和退出關(guān)斷時(shí)的輸入浪涌電流。通過(guò)在SS引腳和GND之間連接一個(gè)定時(shí)電容CSS來(lái)設(shè)置內(nèi)部電流限制的變化速率。

5. 應(yīng)用注意事項(xiàng)

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(huì)增加，電感上的電壓降低，從而導(dǎo)致開關(guān)頻率下降?？赏ㄟ^(guò)公式 (Delta f{SW}=frac{Delta l{OUT } × R{PMOS }}{(V{IN } × t_{OFF })}) 近似計(jì)算頻率變化。

電路布局和接地

良好的布局對(duì)于實(shí)現(xiàn)MAX1809的預(yù)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(yīng)距離IN引腳小于5mm，連接銅跡線寬度至少1mm；LX節(jié)點(diǎn)組件應(yīng)盡量靠近器件；使用接地平面，QFN封裝的外露背面焊盤應(yīng)連接到大型模擬接地平面。

電壓定位

在負(fù)載瞬變極快（>10A/μs）的應(yīng)用中，電壓定位可減少滿足給定瞬態(tài)響應(yīng)要求所需的總輸出電容。選擇合適的RDROOP，使最大負(fù)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(huì)有一定的效率損失。

陶瓷輸出電容應(yīng)用

陶瓷電容具有超低ESR、不可燃、相對(duì)較小和無(wú)極性等優(yōu)點(diǎn)，但也存在價(jià)格昂貴、易碎以及可能導(dǎo)致輸出電壓紋波過(guò)低影響穩(wěn)定性等問(wèn)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(guò)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(dāng)輸出電壓超過(guò)或等于輸出設(shè)定電壓時(shí)，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(huì)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(fù)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(shí)，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(guò)添加二極管或小信號(hào)晶體管等電路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出放電。

灌電流模式啟動(dòng)

如果在啟動(dòng)前無(wú)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(gè)二極管，確保MAX1809進(jìn)入PWM模式并開始灌電流。

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