探索 MAX847：单节升压双向寻呼机系统 IC 的卓越性能与应用

在电子设备不断追求小型化、低功耗和高性能的今天，电源管理和监控系统的设计变得至关重要。MAX847 作为一款专为双向寻呼机和其他低功耗数字通信设备打造的单节升压系统 IC，凭借其丰富的功能和出色的性能，成为了电子工程师们的理想选择。今天，我们就来深入探讨一下 MAX847 的特点、应用以及设计要点。

文件下载：MAX847.pdf

一、MAX847 概述

MAX847 是一款高度集成的电源管理和监控系统，它仅需少量外部组件，就能为双向寻呼机或其他低功耗数字通信设备提供完整的电源解决方案。其内部集成了同步整流升压 DC - DC 调节器、多个线性调节器、比较器、SPI 兼容串行接口、充电器等功能模块，为设备的稳定运行提供了有力保障。

关键特性

1. 高效升压输出：单节输入可提供 80mA 输出，效率高达 90%，能满足设备对高功率的需求。
2. 低功耗模式：具备 13µA 的空闲模式（Coast）电流，有效降低系统功耗，延长电池续航时间。
3. 可选择的工作模式：支持低噪声 PWM 或低电流操作，用户可根据实际需求灵活选择。
4. PWM 频率同步：PWM 工作频率可与外部时钟源的七倍同步，也可在无外部时钟的情况下以 270kHz 运行。
5. 自动备份电池切换：确保在主电池电量耗尽时，系统能自动切换到备份电池，保证设备的持续运行。

二、功能模块详解

1. 电压调节器

• OUT 输出：主开关模式升压输出，通过内部 DAC 控制，输出电压可在 1.8V 至 4.9V 之间以 100mV 步长调节，最大可提供 80mA 电流。此外，还可进入低电流脉冲跳过的 Coast 模式，典型静态电流为 13µA，该模式下可提供高达 40mA 的电流。
• REG1 输出：并非传统意义上的调节器，而是一个 1.5Ω 的 PFET，根据编程的 OUT 电压，可作为开关或电压钳位使用。当 OUT 设置为 3.3V 或更低时，REG1 作为开关；当 OUT 设置为 3.4V 或更高时，REG1 输出钳位在 3.3V，确保逻辑电路的电压在可接受范围内。
• REG2 输出：线性调节的 24mA 低噪声输出，其输出电压由 ROFS 电阻设置，可有效隔离噪声。典型情况下，ROFS 为 15kΩ 时，可设置 150mV 的电压差，输出峰 - 峰纹波通常为 2mV。
• REG3 输出：1V 低噪声线性调节器，可提供高达 2mA 的电流，其输入内部连接到 REG2。

2. PWM 频率同步

MAX847 的 DC - DC 转换器可在 SYNC 输入有无时钟的情况下工作。若使用 SYNC 时钟，需在 FILT 引脚连接 PLL 滤波器网络，此时转换器在运行模式下以 7fSYNC 的频率运行；若不使用 SYNC 时钟，则需将 FILT 引脚连接到 REF。在初始上电时，MAX847 设计为在 Coast 模式启动，运行模式通常由系统通过串行接口或 RUN 引脚命令启动。

3. 电压检测器

MAX847 包含两个电压检测器输入（LBI 和 RSIN），其比较器输出为开漏引脚（LBO 和 RSO），可提供实时硬件输出。LBO 也可通过串行接口读取，LBI 和 RSIN 在 0.6V 输入阈值触发，具有约 18mV 的滞后。RSO 还可触发 MAX847 内部的上电复位（POR）。

4. 7 位 ADC

三个模拟通道（CH0、CH1 和 CH2）与一个 7 位串行编程的数模转换器（CH DAC）进行比较。CH DAC 电压可在 200mV 至 1.27V 之间以 10mV 步长变化，比较结果存储在输出串行数据的三个 MSB 位置。通过系统软件可对通道进行模数转换，还可采用更快的 A/D 快捷方式进行电池测量。

5. 开漏驱动器

两个开漏驱动器（DR1 和 DR2）通过串行接口激活，典型导通电阻为 1.8Ω，可吸收高达 120mA 的电流。DR2 由外部输入（DR2IN）和串行输入位共同控制，可用于驱动音频蜂鸣器。

6. 运行和空闲模式

MAX847 的默认模式为 Coast 模式，运行模式可通过串行命令或拉高 RUN 引脚选择。在 Coast 模式下，DC - DC 转换器仅按需脉冲，以满足负载需求，使设备工作电流通常保持在 13µA；在运行模式下，DC - DC 转换器采用固定频率脉冲宽度调制（PWM）和同步技术，以最小化噪声。

7. 上电复位

MAX847 具有内部 POR 电路，确保在首次应用电池时实现有序上电。若 RSO 在运行期间变低，所有串行寄存器将设置为与上电时相同的预定状态。

8. 充电器电路

通过串行位激活从 OUT 到 NICD 的充电器电流源，可对小型 3 节 NICD 或 NIMH 电池（通常为硬币电池）或 1 节锂电池进行充电，充电电流可设置为 15mA 或 1mA。充电时，VOUT 需设置足够高，以确保充电器电流源有足够的余量。

9. 备份线性调节器

BACKUP 串行输入位可开启备份调节器，当主电池耗尽或移除时，该调节器可从 NICD 向 OUT 提供电流。备份调节器的通态电阻通常为 5Ω，可在仅 100mV 的压降情况下提供 20mA 的电流。

10. 自动备份

设置 LBO_Sets_BACKUP 串行位可使 IC 在 LBO 变低时自动开启备份调节器，无需微处理器指令。

11. 串行接口

MAX847 具有 SPI 兼容的串行接口，串行输入数据以 8 位字节排列，大多数字节包含 3 位地址指针（R2、R1、R0）和 5 位输入数据（D4 - D0）。串行数据按 MSB 优先顺序时钟输入和输出，输入数据在 CLK 上升沿锁存，输出数据在 CLK 下降沿移出。

三、应用场景

• 双向寻呼机：为双向寻呼机提供稳定的电源和监控功能，确保其在各种环境下正常工作。
• GPS 接收器：满足 GPS 接收器对低功耗和高性能电源的需求，延长设备的续航时间。
• 单节供电手持设备：适用于各种单节供电的手持设备，如便携式医疗设备、智能手表等。

四、设计要点

1. 组件选择

• 电感器：L1 电感器标称值为 22µH，取值范围在 10µH 至 47µH 之间均可满足要求。若需要全输出电流（80mA），电感器电流额定值应不低于 500mA；若输出电流需求较低，电感器电流额定值可相应降低，但不得低于 250mA。为提高效率，应尽量减小电感器电阻，但当线圈电阻低于 0.2Ω 时，效率提升并不显著。
• 滤波电容：C1 - C4 滤波电容应选用低 ESR 类型（钽电容或陶瓷电容），以降低纹波和提高噪声抑制能力。同时，可并联一个 0.1µF 的高频陶瓷电容，以减少 OUT 端的瞬态噪声。电容值应根据各输出的额定电流进行优化，若输出电流需求降低，可适当减小电容值。
• 电阻：LBI 和 RSIN 输入的电阻用于设置 LBO 和 RSO 输出的触发电压，电压阈值均为 0.6V。为减少电池消耗，R2 和 R4 应选用较大值（> 100kΩ），470kΩ 是一个不错的起始值。由于 LBO 和 RSO 为开漏输出，通常需要上拉电阻（R5、R6），一般上拉至 REG1，推荐值为 100kΩ，以平衡响应时间和电流消耗。

2. 逻辑电平

由于 MAX847 的内部逻辑由 REG1 供电，因此数字输入（DR2IN、RUN、SYNC、CS、SCL 和 SDI）的输入逻辑电平和 SDO 的逻辑输出电平受 REG1 电压的影响。这些引脚的逻辑高输入不应超过 VREG1，数字输入应通过由 REG1 供电的外部逻辑（或微处理器）驱动，或由上拉至 REG1 的开漏逻辑器件驱动。

3. 电路板布局和降噪

• 尽量缩短 L1、LX1 和 PGND 的走线长度，并增加走线宽度，以减少 PCB 板作为天线的面积。
• 将 OUT、REG1、REG2 和 REG3 的滤波电容尽可能靠近各自的引脚放置（距离不超过 0.5mm）。
• 可选用屏蔽电感器或环形电感器，以减少辐射噪声。
• 将 LX1、OUT 和 PGND 引脚置于 IC 的最上方，便于 PCB 布局，并将功率组件集中在该区域，以减少对其他电路部分的耦合。
• 为 PGND 和 BATT、OUT 滤波电容的接地端使用单独的短而宽的接地走线，并将其连接到接地平面。

五、总结

MAX847 作为一款功能强大、性能卓越的单节升压双向寻呼机系统 IC，为电子工程师们提供了一个完整的电源管理和监控解决方案。其丰富的功能模块、高效的工作模式和灵活的设计选项，使其适用于各种低功耗数字通信设备。在设计过程中，合理选择组件、注意逻辑电平匹配和优化电路板布局，将有助于充分发挥 MAX847 的性能优势，打造出更加稳定、高效的电子设备。你在使用 MAX847 或类似 IC 时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。