LTC3589/LTC3589 - 1/LTC3589 - 2：多功能電源管理芯片的深度剖析

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源管理是至關(guān)重要的一環(huán)。LTC3589、LTC3589 - 1和LTC3589 - 2這三款芯片作為高度集成的電源管理解決方案，為便攜式微處理器和外圍設(shè)備提供了出色的電源支持。下面，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下這三款芯片的特性、功能及應(yīng)用。

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一、芯片概述

LTC3589系列芯片是為ARM及基于ARM的處理器和先進(jìn)的便攜式微處理器系統(tǒng)打造的完整電源管理解決方案。它能生成總共8個(gè)電壓軌，為處理器核心、SDRAM、系統(tǒng)內(nèi)存、PC卡、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和HDD等功能供電。

（一）主要特性

1. 多種類型的調(diào)節(jié)器：包含三個(gè)降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器（分別為1.6A、1A/1.2A、1A/1.2A）、一個(gè)1.2A的升降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器以及三個(gè)250mA的LDO調(diào)節(jié)器。
2. 靈活的控制方式：支持 (I^{2}C) 接口，可通過(guò)該接口控制使能、輸出電壓水平、動(dòng)態(tài)電壓縮放、操作模式和狀態(tài)報(bào)告。
3. 低功耗設(shè)計(jì)：待機(jī)電流僅8μA，還有始終開啟的25mA LDO調(diào)節(jié)器，為實(shí)時(shí)時(shí)鐘等輕負(fù)載設(shè)備供電。
4. 可配置的啟動(dòng)順序：可通過(guò)引腳連接或 (I^{2}C) 編程來(lái)設(shè)置調(diào)節(jié)器的啟動(dòng)順序。
5. 多種保護(hù)功能：具備過(guò)溫保護(hù)、欠壓保護(hù)等功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（二）三款芯片的功能差異

二、各調(diào)節(jié)器詳細(xì)分析

（一）始終開啟的LDO（LDO1）

LDO1是一個(gè)低靜態(tài)電流的低壓差調(diào)節(jié)器，只要 (V{IN}) 上有有效電源，它就會(huì)保持供電。即使 (V{IN}) 降至2.0V（典型值），它仍能繼續(xù)工作，為待機(jī)微控制器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘等電路供電。其輸出電壓可通過(guò)電阻分壓器設(shè)置，公式為 (V_{LDO1_STBY }=0.8 cdotleft(1+frac{R 1}{R 2}right)(V)) ，并且具備短路和過(guò)載保護(hù)功能。

（二）250mA LDO調(diào)節(jié)器

LTC3589上有三個(gè)250mA的LDO調(diào)節(jié)器（LDO2、LDO3、LDO4），可通過(guò)引腳輸入或 (I^{2}C) 命令寄存器啟用。

• LDO2：其參考輸入由動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的DAC提供，輸出范圍可通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置，公式為 (V_{OUT }=left(1+frac{R 1}{R 2}right) cdot(0.3625+L 2 D T V x cdot 0.0125)(V)) 。
• LDO3：是一個(gè)固定輸出的調(diào)節(jié)器，LTC3589的輸出為1.8V，LTC3589 - 1/LTC3589 - 2的輸出為2.8V。
• LDO4：有四個(gè)輸出電壓選項(xiàng)，通過(guò) (I^{2}C) 命令寄存器控制。

（三）降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器

三個(gè)降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器分別能夠提供1.6A、1A（LTC3589 - 1/LTC3589 - 2為1.2A）、1A（LTC3589 - 1/LTC3589 - 2為1.2A）的輸出電流。

• 輸出電壓編程：通過(guò)電阻分壓器將輸出電壓設(shè)置為 (V_{OUT }=left(1+frac{R 1}{R 2}right) cdot(0.3625+B x D T V x cdot 0.0125)(V)) 。
• 工作模式：有脈沖跳過(guò)模式、強(qiáng)制連續(xù)模式和突發(fā)模式三種工作模式，可通過(guò) (I^{2}C) 命令寄存器設(shè)置。
• 軟啟動(dòng)：軟啟動(dòng)通過(guò)將輸入?yún)⒖茧妷簭?V逐步增加到動(dòng)態(tài)參考DAC輸出電平，速率為0.8V/ms，有助于減少充電時(shí)的浪涌電流。
• 開關(guān)EMI控制：包含新的專利電路，可限制開關(guān)節(jié)點(diǎn)的邊緣速率，減少輻射EMI和傳導(dǎo)電源噪聲。
• 工作頻率：開關(guān)頻率可通過(guò) (I^{2}C) 命令寄存器獨(dú)立設(shè)置，默認(rèn)頻率為2.25MHz。
• 電感和電容選擇：電感應(yīng)選擇低直流電阻、額定電流至少為最大負(fù)載電流1.5倍的產(chǎn)品；輸入和輸出電容應(yīng)使用低ESR的陶瓷電容。

（四）升降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器

升降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器可生成1.8V至5V的用戶可編程輸出電壓軌。

• 輸出電壓編程：通過(guò)外部電阻分壓器設(shè)置輸出電壓，公式為 (V{B B{-} O U T}=0.8 cdotleft(1+frac{R 1}{R 2}right)(V)) 。
• 工作模式：有固定頻率脈沖寬度調(diào)制模式和突發(fā)模式，突發(fā)模式可提高輕負(fù)載時(shí)的效率并降低零負(fù)載時(shí)的待機(jī)電流。
• 軟啟動(dòng)：內(nèi)部電壓模式軟啟動(dòng)電路將誤差放大器參考從0V以2V/ms的速率斜坡上升到800mV。
• 電流限制操作：具備正向和反向電流限制電路，保護(hù)電路免受過(guò)載和短路的影響。
• 電感和電容選擇：電感應(yīng)選擇1μH至3.3μH，額定電流至少為最大負(fù)載電流兩倍的產(chǎn)品；輸入和輸出電容同樣應(yīng)使用低ESR的陶瓷電容。

三、控制與保護(hù)功能

（一）DAC參考操作

三個(gè)降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器和LDO2的參考輸入為可編程DAC，可在四個(gè)可選的轉(zhuǎn)換速率下在兩個(gè)電壓之間獨(dú)立轉(zhuǎn)換。通過(guò) (I^{2}C) 命令寄存器控制，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓縮放。

（二）按鈕操作

LTC3589的按鈕控制電路可激活WAKE輸出、指示按鈕狀態(tài)并啟動(dòng)硬復(fù)位關(guān)機(jī)。按下ON引腳400ms可啟動(dòng)電源，按下5秒可觸發(fā)硬復(fù)位。

（三）使能和上電順序

調(diào)節(jié)器可通過(guò)引腳輸入或 (I^{2}C) 串行端口啟用，可通過(guò)引腳連接設(shè)置上電順序。還具備保持活動(dòng)功能，可讓某些調(diào)節(jié)器在待機(jī)模式下保持供電。

（四）故障檢測(cè)、關(guān)機(jī)和報(bào)告

芯片會(huì)監(jiān)測(cè) (V_{IN}) 、輸出軌電壓和內(nèi)部管芯溫度，通過(guò)IRQ、PGOOD和RTSO引腳報(bào)告警告和故障狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)觸發(fā)硬復(fù)位關(guān)機(jī)。

（五） (I^{2}C) 操作

LTC3589通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 (I^{2}C) 2 - 線接口與總線主設(shè)備通信，支持隨機(jī)尋址寄存器。通過(guò) (I^{2}C) 命令寄存器可控制調(diào)節(jié)器的操作模式、使能和輸出電壓等。

四、熱考慮和電路板布局

（一）印刷電路板功耗

為確保芯片的最佳性能和最大輸出功率，需將LTC3589封裝背面的暴露接地焊盤焊接到電路板的接地平面上。芯片的總功耗可通過(guò)各調(diào)節(jié)器的功耗之和估算。

（二）印刷電路板布局

在布局印刷電路板時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

1. 將封裝的暴露焊盤直接連接到大型接地平面，以減少熱阻和電阻。
2. 盡量縮短開關(guān)調(diào)節(jié)器輸入電源走線和去耦電容的長(zhǎng)度，將電容的接地端直接連接到電路板的接地平面。
3. 最小化開關(guān)功率走線的長(zhǎng)度，減少輻射EMI和寄生耦合，將敏感節(jié)點(diǎn)與開關(guān)節(jié)點(diǎn)隔離。
4. 最小化降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器電感和輸出電容之間的連接長(zhǎng)度，將輸出電容的接地端直接連接到熱接地平面。
5. 最小化升降壓調(diào)節(jié)器輸出和輸出電容之間的連接長(zhǎng)度，將輸出電容的接地端直接連接到熱接地平面。

五、應(yīng)用信息

LTC3589系列芯片適用于多種先進(jìn)的便攜式應(yīng)用處理器，如Marvell PXA3xx、PXA168 Xscale處理器，F(xiàn)reescale i.MX系列，TI OMAP處理器等。不同處理器對(duì)芯片的控制方式有所不同，但都能通過(guò) (I^{2}C) 接口實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓控制和電源管理。

六、總結(jié)

LTC3589/LTC3589 - 1/LTC3589 - 2芯片以其豐富的功能、靈活的控制方式和高效的電源管理能力，為便攜式電子設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體需求選擇合適的芯片型號(hào)，并合理設(shè)計(jì)電路板布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。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。