深入解析MAX5039/MAX5040电压跟踪控制器

在电子设计领域，对于需要对两个电源电压进行跟踪控制的系统，MAX5039/MAX5040电压跟踪控制器无疑是一个不错的选择。今天，我们就来深入探讨一下这两款控制器的特点、应用以及设计要点。

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一、产品概述

MAX5039/MAX5040专为需要对两个电源电压进行跟踪的系统提供智能控制，适用于PowerPC、DSP和ASIC等系统。这些系统通常需要一个较低的CORE电压和一个较高的I/O电压。

功能特点

1. 电压跟踪：在电源上电、掉电和欠压情况下，控制CORE和I/O电源的输出电压，确保两个电源以相同的速率上升或下降，限制CORE和I/O电源之间的电压差，从而消除处理器上的应力。
2. 故障保护：如果任何一个电源短路或无法正常启动，MAX5039/MAX5040会关闭CORE和I/O电源。
3. 电源就绪信号：MAX5040提供一个电源就绪（POK）信号，用于指示CORE电源、I/O电源和系统总线电源（VCC）是否高于各自的指定电平。
4. 宽电压范围：适用于4V至5.5V的标称总线VCC电压，CORE电压范围为800mV至约3V，I/O电压范围为VCORE至4V。
5. 低功耗设计：使用单个外部N沟道MOSFET进行I/O和CORE电压的跟踪控制，该MOSFET不在电源路径中串联，在正常系统运行期间不会消耗额外的功率。

应用领域

• PowerPC系统
• 嵌入式DSP和ASIC
• 嵌入式16位和32位控制器系统
• 电信/基站/网络

二、电气特性

绝对最大额定值

参数	范围
VCC、NDRV、SDO和POK	-0.3V至+14V
CORE_FB、UVLO、I/O_SENSE、I/O、CORE	-0.3V至+4.25V
所有引脚到VCC（除POK）	+0.3V
NDRV连续电流	50mA
其他引脚连续电流	20mA
8引脚µMAX（+70°C以上降额4.5mW/°C）	362mW
10引脚µMAX（+70°C以上降额5.6mW/°C）	444mW
工作温度范围	-40°C至+85°C
结温	+150°C
存储温度范围	-65°C至+150°C
引脚温度（焊接，10s）	+300°C

电气参数

在 (V{CC}=2.5V) 至 (5.5V)，(V{UVLO}=2V)，(V{CORE}=1.8V)，(V{I/O}=2.5V)，(V_{CORE_FB}=1V)，(I/OSENSE = 2V)（仅MAX5040），(T{A}=-40^{circ}C) 至 (+85^{circ}C) 的条件下，各参数有相应的最小值、典型值和最大值。例如，(V{CC}) 范围为2.5V至5.5V，(V{CC}) 电源电流典型值为1.3mA，最大值为2.25mA等。

三、引脚描述

引脚	MAX5039	MAX5040	功能
1	SDO	SDO	低电平有效关机输出，连接到CORE和I/O电源的关机输入
2	VCC	VCC	电源电压输入，需用1µF电容旁路到GND
3	UVLO	UVLO	用户可编程欠压锁定，用于设置欠压锁定阈值
4	GND	GND	接地
5	CORE_FB	-	CORE反馈输入，用于控制NDRV以保持CORE_FB不低于V_C_REF
-	-	7	CORE_FB	同MAX5039的CORE_FB功能
6	CORE	CORE	CORE电源检测输入，监测CORE电压
7	I/O	I/O	I/O电源检测输入，监测I/O电压
8	NDRV	-	N沟道MOSFET栅极驱动，连接到外部N沟道MOSFET的栅极
-	-	9	NDRV	同MAX5039的NDRV功能
-	I/O_SENSE	I/O_SENSE	I/O反馈输入，用于监测I/O电压
-	POK	POK	开漏电源就绪输出，指示电源状态

四、设计要点

1. N沟道MOSFET选择

• 电压额定值：MOSFET的漏源最大电压额定值 (V{DS}) 应大于 (V{I/O}) 最大电压；栅源最大电压额定值 (V{GS}) 应大于 (V{CC}) 最大电压。
• 栅极开启阈值电压：(V{GS(th)}) 应小于 ((V{CC}-V_{CORE})) 的最小工作电压。
• 电流承载能力：选择能够承受电源启动、掉电/欠压或输出短路情况下最大电流的MOSFET，通常选择能够承载CORE或I/O电源最大输出电流额定值的1/4至1/8的MOSFET。
• 导通电阻：确定MOSFET的最大 (R_{DS(ON)})，以确保在最坏情况下，其漏源电压降在跟踪限制范围内（大多数PowerPC、ASIC和DSP约为400mV）。
• 功率耗散：计算MOSFET在电源启动、输出短路等情况下的最大单次功率耗散，并选择能够承受该功率而不超过其最大结温额定值的MOSFET。

2. 编程CORE电压

• 高侧约束：CORE调节器在正常运行期间应保持最小电压，最大CORE电压设定点为系统最小CORE电压减去总系统公差。
• 低侧约束：CORE调节器应保持CORE电压，使I/O到CORE的电压差不超过处理器的最大允许电压差，最小CORE电压设定点为系统最大I/O电压减去最大允许的I/O到CORE差值并加上总系统公差。
• 电阻选择：通过连接CORE和GND之间的分压器中点到CORE_FB，并设置中点电压为800mV，可实现CORE电压的设定。

3. 编程UVLO电压

• 确定电压公差：确定 (V{IN}) 公差和 (V{UVLO}) 上升阈值公差。
• 设置标称值：将 (V{UVLO}) 标称值设置为 (V{IN}) 标称值减去 ((V{IN}) 公差 (+ V{UVLO}) 公差)。
• 计算电阻值：使用公式 (R7 = (frac{V{UVLONOM}}{V{UVCC}} - 1)R8) 计算R7的值，其中R8通常为10kΩ。

4. 线性调节器补偿

• 电容C1：从NDRV到GND放置一个100nF陶瓷电容（X5R、X7R类型或更好）。
• 电阻分压器R1和R2：从CORE到CORE_FB到GND设置电阻分压器，以设置线性调节器输出调节电压。
• RC网络R3和C2：从CORE_FB到NDRV放置一个RC网络，设置 (R3 = R1)，并使用公式 (C2 = frac{1}{2pi × 10kHz × R3}) 计算C2的值。
• 预载电阻R4：从CORE到GND放置一个预载电阻，计算 (R4 leq frac{V_{CORE}}{0.03A})。
• 超前网络R9和C3：从VCORE到CORE_FB放置一个超前网络，设置 (R9 = R1 / 10)，并使用公式 (C3 = frac{1}{2pi × 7227Hz × R9}) 计算C3的值。

5. 编程I/O_SENSE电压（仅MAX5040）

• 确定电压公差：确定要监测的输出电压 (VO) 的公差和 (V{I/O_SENSE}) 上升阈值公差。
• 设置标称值：将 (V_{I/O_SENSE}) 上升标称值设置为 (V_O) 标称值减去 ((VO) 公差 (+ V{I/O_SENSE}) 公差)。
• 计算电阻值：使用公式 (R5 = (frac{V_{I/OSENSENOM}}{V{I/O_REF}} - 1)R6) 计算R5的值，其中R6通常为10kΩ。

五、典型应用电路

文档中给出了MAX5039和MAX5040的典型应用电路示例，展示了如何将这些控制器集成到实际系统中。通过合理选择外部元件和设置参数，可以实现对CORE和I/O电源的有效跟踪和控制。

六、总结

MAX5039/MAX5040电压跟踪控制器为需要对两个电源电压进行跟踪的系统提供了强大而灵活的解决方案。在设计过程中，需要根据具体应用需求，合理选择外部元件，正确设置参数，以确保系统的稳定运行。希望本文能为电子工程师在使用MAX5039/MAX5040进行设计时提供一些参考和帮助。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。