MAX1907A/MAX1981A：IMVP - IV電壓定位CPU核心電源的Quick - PWM主控芯片

一、引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，CPU核心電源的穩(wěn)定性、效率和靈活性至關(guān)重要。MAX1907A/MAX1981A作為單相位、Quick - PWM主控芯片，專為滿足IMVP - IV CPU核心電源的設(shè)計需求而誕生。它能夠有效降低輸入紋波電流、輸出電壓紋波，為工程師們提供了一個強(qiáng)大而可靠的選擇。接下來，讓我們深入了解一下這款芯片的特點、工作原理以及設(shè)計要點。

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二、芯片概述

（一）基本功能

MAX1907A/MAX1981A是專為IMVP - IV CPU核心電源設(shè)計的單相位Quick - PWM主控芯片。通過與Quick - PWM從控制器（MAX1980）配合，可實現(xiàn)多相操作，這種多相操作不僅能降低輸入紋波電流和輸出電壓紋波，還能簡化組件選擇和布局難度。

（二）應(yīng)用場景

該芯片適用于多種場景，包括IMVP - IV筆記本電腦、單相位和多相位CPU核心電源、電壓定位降壓轉(zhuǎn)換器以及服務(wù)器/臺式計算機(jī)等。

（三）工作模式

芯片有兩種不同的轉(zhuǎn)換方式，可直接將電池降壓或使用5V系統(tǒng)電源降壓來創(chuàng)建核心電壓。單級轉(zhuǎn)換方法能直接降低高壓電池電壓，實現(xiàn)最高效率；而兩級轉(zhuǎn)換在較高開關(guān)頻率下，可提供最小的物理尺寸。

三、芯片特性

（一）控制功能

1. 多相轉(zhuǎn)換：與從控制器（MAX1980）配合實現(xiàn)多相轉(zhuǎn)換，有效降低輸入和輸出的紋波。
2. 主動電壓定位：具備可調(diào)節(jié)增益和偏移的主動電壓定位功能，能降低功耗和輸出電容需求。
3. 可調(diào)壓擺率控制：可根據(jù)實際需求調(diào)整壓擺率，增強(qiáng)電路的適應(yīng)性。
4. 高精度輸出：在不同的線路、負(fù)載和溫度條件下，輸出電壓精度可達(dá)±0.75%。

（二）DAC功能

芯片配備6位片上DAC，輸出調(diào)整范圍為0.700V至1.708V，增量為16mV，能滿足多種電壓需求。

（三）頻率選擇

提供200kHz/300kHz/550kHz/1000kHz四種可選的開關(guān)頻率，可根據(jù)具體應(yīng)用場景靈活選擇。

（四）輸入范圍

電池輸入電壓范圍為2V至28V，能適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

（五）驅(qū)動能力

可驅(qū)動大型同步整流MOSFET，滿足高功率應(yīng)用的需求。

（六）保護(hù)功能

1. 過壓保護(hù)：MAX1907A具備輸出過壓保護(hù)功能，當(dāng)輸出電壓超過設(shè)定值時，能及時保護(hù)電路。
2. 欠壓和熱故障保護(hù)：可檢測輸出欠壓和過熱情況，一旦出現(xiàn)故障，芯片會立即關(guān)閉。
3. 電源排序和可選啟動電壓：支持電源排序功能，可自動升至英特爾指定的啟動電壓，且啟動電壓和暫停電壓可通過獨立的四級邏輯輸入進(jìn)行設(shè)置。

（七）封裝形式

采用40引腳的薄型QFN封裝，尺寸為6mm×6mm，節(jié)省電路板空間。

四、電氣特性

（一）PWM控制器

1. 輸入電壓范圍：電池電壓V+范圍為2V至28V，VCC和VDD的輸入電壓范圍為4.5V至5.5V。
2. 輸出電壓精度：在不同的DAC代碼和輸入電壓條件下，輸出電壓精度有所不同。例如，在1.276V至1.708V的DAC代碼范圍內(nèi)，精度為±0.75%；在0.844V至1.260V的DAC代碼范圍內(nèi)，精度為±1.5%等。
3. 線路調(diào)節(jié)誤差：當(dāng)VCC在4.5V至5.5V之間，V+在4.5V至28V之間時，線路調(diào)節(jié)誤差為5mV。
4. 輸入偏置電流：POS、NEG和FB引腳的輸入偏置電流在-1μA至+1μA之間。
5. 時間頻率精度：不同的RTIME電阻值對應(yīng)不同的時間頻率精度。例如，當(dāng)RTIME = 23.5kΩ時，標(biāo)稱頻率為640kHz，實際頻率范圍為580kHz至700kHz。

（二）偏置和參考

1. 靜態(tài)電源電流：VCC、VDD和V+的靜態(tài)電源電流在不同的工作條件下有所不同。例如，在調(diào)節(jié)點測量時，VCC的靜態(tài)電源電流典型值為1.3mA，VDD的靜態(tài)電源電流典型值為0.1mA等。
2. 參考電壓：參考電壓VREF在VCC為4.5V至5.5V，IREF = 0的條件下，典型值為2.000V，范圍為1.990V至2.010V。
3. 參考負(fù)載調(diào)節(jié)：參考負(fù)載調(diào)節(jié)AVREF在IREF為-10μA至100μA的范圍內(nèi)，變化范圍為-10mV至+10mV。

（三）故障保護(hù)

1. 過壓保護(hù)閾值：輸出過壓保護(hù)閾值為13%至19%，當(dāng)輸出電壓超過該閾值時，芯片會觸發(fā)過壓保護(hù)。
2. 欠壓保護(hù)閾值：輸出欠壓保護(hù)閾值為67%至73%，當(dāng)輸出電壓低于該閾值時，芯片會觸發(fā)欠壓保護(hù)。
3. 故障傳播延遲：過壓和欠壓保護(hù)的傳播延遲均為10μs。
4. 故障消隱時間：輸出故障消隱時間為32個時鐘周期。

（四）電流限制

1. 電流限制閾值電壓：正電流限制閾值電壓默認(rèn)值為50mV，可通過ILIM引腳進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為10mV至150mV。負(fù)電流限制閾值電壓約為正電流限制的120%。
2. 輸入范圍和電流：CSP和CSN引腳的輸入范圍為0至2V，輸入電流在-1μA至+1μA之間；ILIM引腳的輸入電流在0.01nA至200nA之間。

（五）柵極驅(qū)動器

1. 導(dǎo)通電阻：DH和DL柵極驅(qū)動器的導(dǎo)通電阻在不同的工作條件下有所不同。例如，DH柵極驅(qū)動器在BST - LX強(qiáng)制為5V時，導(dǎo)通電阻典型值為1.2Ω，最大值為4.0Ω；DL柵極驅(qū)動器在高電平（上拉）時，導(dǎo)通電阻典型值為1.2Ω，最大值為4.0Ω，在低電平（下拉）時，導(dǎo)通電阻典型值為0.5Ω，最大值為1.5Ω。
2. 源/灌電流：DH柵極驅(qū)動器在DH強(qiáng)制為2.5V，BST - LX強(qiáng)制為5V時，源/灌電流為1.6A；DL柵極驅(qū)動器在DL強(qiáng)制為2.5V時，灌電流為4A，源電流為2A。

（六）電壓定位放大器

1. 輸入失調(diào)電壓：輸入失調(diào)電壓VOS在VCM = 0時，范圍為-1mV至+1mV。
2. 輸入偏置電流：OAIN+和OAIN-引腳的輸入偏置電流小于0.1nA，最大值為200nA。
3. 運算放大器禁用閾值：運算放大器禁用閾值約為VCC - 1V。
4. 共模輸入電壓范圍：共模輸入電壓范圍為0至2.5V。
5. 電源抑制比：電源抑制比PSRR在VCC為4.5V至5.5V時，范圍為75dB至100dB。
6. 大信號電壓增益：大信號電壓增益AO在RL = 1kΩ至VCC/2時，范圍為80dB至112dB。
7. 輸出電壓擺幅：輸出電壓擺幅在VCC - VOH和VOL之間，范圍為100mV至300mV。
8. 輸入電容：輸入電容為11pF。
9. 增益帶寬積：增益帶寬積為3MHz。
10. 壓擺率：壓擺率為0.3V/μs。
11. 容性負(fù)載穩(wěn)定性：容性負(fù)載穩(wěn)定性要求負(fù)載電容不超過400pF，以確保電路穩(wěn)定運行。

（七）邏輯和I/O

1. 邏輯輸入電壓：SUS、DPSLP、SHDN和SYSPOK等引腳的邏輯輸入高電壓為2.4V，邏輯輸入低電壓為0.8V。
2. 邏輯輸入電流：這些引腳的邏輯輸入電流在-1μA至+1μA之間。
3. SHDN無故障閾值：SHDN引腳的無故障閾值為12V至15V，可用于禁用過壓和欠壓保護(hù)電路。
4. DAC輸入電壓：D0 - D5引腳的DAC輸入高電壓為0.7V，DAC輸入低電壓為0.3V，輸入電流在-1μA至+1μA之間。
5. 驅(qū)動器禁用輸出電壓：DDO引腳在負(fù)載電流為1mA時，輸出高電壓為2.4V，輸出低電壓為0.3V。
6. 四級輸入邏輯電平：TON、S0 - S2和B0 - B2引腳的四級輸入邏輯電平包括高（VCC - 0.4V）、開（3.15V至3.85V）、REF（1.65V至2.35V）和低（0.5V）。
7. 四級輸入電流：這些引腳在強(qiáng)制連接到GND或VCC時，輸入電流在-3μA至+3μA之間。

五、引腳描述

（一）啟動和休眠模式電壓選擇引腳

B0 - B2為啟動模式電壓選擇輸入，是四級數(shù)字輸入，用于選擇啟動模式的VID代碼。S0 - S2為休眠模式電壓選擇輸入，同樣是四級數(shù)字輸入，用于選擇休眠模式的VID代碼。

（二）關(guān)斷控制引腳

SHDN為關(guān)斷控制輸入，正常工作時連接到VCC，連接到地時芯片進(jìn)入低功耗關(guān)斷狀態(tài)。在從正常工作到關(guān)斷的過渡過程中，輸出電壓會以TIME引腳設(shè)置的輸出電壓壓擺率下降。

（三）參考輸出引腳

REF為2V參考輸出，需用0.22μF或更大的陶瓷電容旁路到GND，該參考可為外部負(fù)載提供50μA電流。

（四）電流限制調(diào)整引腳

ILIM用于電流限制調(diào)整，當(dāng)ILIM連接到VCC時，電流限制閾值默認(rèn)值為50mV；在可調(diào)模式下，電流限制閾值電壓為ILIM引腳電壓的1/10，調(diào)節(jié)范圍為100mV至1.5V。

（五）電源輸入引腳

VCC為PWM核心的模擬電源電壓輸入，需連接到系統(tǒng)電源電壓（4.5V至5.5V），并通過一個10Ω電阻串聯(lián)，同時用1μF或更大的陶瓷電容盡可能靠近芯片旁路到GND。VDD為DL柵極驅(qū)動器的電源電壓輸入，連接方式與VCC類似。

（六）反饋和補償引腳

CC為積分電容連接引腳，連接一個47pF至1000pF（典型值270pF）的電容到GND，用于設(shè)置積分時間常數(shù)。POS和NEG為反饋偏移調(diào)整正、負(fù)輸入，當(dāng)DPSLP為低電平時，輸出會根據(jù)POS和NEG之間的差分輸入電壓進(jìn)行偏移。FB為反饋輸入，內(nèi)部連接到反饋輸入和電壓定位運算放大器的輸出。

（七）運算放大器引腳

OAIN - 為雙模式運算放大器反相輸入和運算放大器禁用輸入，連接到電流感測電阻的負(fù)端，可通過連接到VCC來禁用運算放大器。OAIN + 為運算放大器同相輸入，連接到電流感測電阻的正端。

（八）電流限制輸入引腳

CSP和CSN分別為正、負(fù)電流限制輸入，連接到電流感測電阻的正、負(fù)端。

（九）深度睡眠控制引腳

DPSLP為深度睡眠控制輸入，當(dāng)DPSLP為低電平時，系統(tǒng)進(jìn)入深度睡眠狀態(tài)，調(diào)節(jié)器會應(yīng)用相應(yīng)的深度睡眠偏移。

（十）DAC代碼輸入引腳

D0 - D5為低電壓VID DAC代碼輸入，D0為LSB，D5為MSB，用于設(shè)置輸出電壓。

（十一）驅(qū)動器禁用輸出引腳

DDO為驅(qū)動器禁用輸出，可用于禁用從開關(guān)調(diào)節(jié)器控制器的驅(qū)動器輸出，使主控制器能夠在低電流SKIP模式下運行。

（十二）電源地和柵極驅(qū)動器輸出引腳

PGND為電源地，是DL柵極驅(qū)動器的接地連接。DL為低側(cè)柵極驅(qū)動器輸出，在芯片掉電或檢測到故障時，DL會被強(qiáng)制拉高。DH為高側(cè)柵極驅(qū)動器輸出，輸出擺幅從LX到BST。

（十三）電池電壓感測和其他引腳

V + 為電池電壓感測連接，用于PWM單脈沖定時。SUS為休眠模式控制輸入，當(dāng)SUS為高電平時，調(diào)節(jié)器會將輸出電壓調(diào)整到休眠電壓水平。SYSPOK為系統(tǒng)電源正常輸入，用于系統(tǒng)電源的故障檢測。IMVPOK為開漏電源正常輸出，反映輸出電壓的調(diào)節(jié)狀態(tài)。CLKEN為時鐘使能邏輯輸出，指示SYSPOK為高電平和輸出電壓在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。TIME為壓擺率調(diào)整引腳，通過連接一個電阻到GND來設(shè)置內(nèi)部壓擺率時鐘。TON為導(dǎo)通時間選擇控制輸入，是四級輸入，用于設(shè)置DH導(dǎo)通時間。

在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理使用這些引腳，以實現(xiàn)芯片的最佳性能。例如，在設(shè)置電流限制時，如何準(zhǔn)確地通過ILIM引腳進(jìn)行調(diào)節(jié)？在進(jìn)行深度睡眠模式控制時，怎樣確保DPSLP引腳的信號能夠正確觸發(fā)相應(yīng)的操作？這些都是我們在設(shè)計過程中需要深入思考的問題。