MAX1907A/MAX1981A：IMVP - IV电压定位CPU核心电源的Quick - PWM主控芯片

一、引言

在当今的电子设备中，CPU核心电源的稳定性、效率和灵活性至关重要。MAX1907A/MAX1981A作为单相位、Quick - PWM主控芯片，专为满足IMVP - IV CPU核心电源的设计需求而诞生。它能够有效降低输入纹波电流、输出电压纹波，为工程师们提供了一个强大而可靠的选择。接下来，让我们深入了解一下这款芯片的特点、工作原理以及设计要点。

文件下载：MAX1907A.pdf

二、芯片概述

（一）基本功能

MAX1907A/MAX1981A是专为IMVP - IV CPU核心电源设计的单相位Quick - PWM主控芯片。通过与Quick - PWM从控制器（MAX1980）配合，可实现多相操作，这种多相操作不仅能降低输入纹波电流和输出电压纹波，还能简化组件选择和布局难度。

（二）应用场景

该芯片适用于多种场景，包括IMVP - IV笔记本电脑、单相位和多相位CPU核心电源、电压定位降压转换器以及服务器/台式计算机等。

（三）工作模式

芯片有两种不同的转换方式，可直接将电池降压或使用5V系统电源降压来创建核心电压。单级转换方法能直接降低高压电池电压，实现最高效率；而两级转换在较高开关频率下，可提供最小的物理尺寸。

三、芯片特性

（一）控制功能

1. 多相转换：与从控制器（MAX1980）配合实现多相转换，有效降低输入和输出的纹波。
2. 主动电压定位：具备可调节增益和偏移的主动电压定位功能，能降低功耗和输出电容需求。
3. 可调压摆率控制：可根据实际需求调整压摆率，增强电路的适应性。
4. 高精度输出：在不同的线路、负载和温度条件下，输出电压精度可达±0.75%。

（二）DAC功能

芯片配备6位片上DAC，输出调整范围为0.700V至1.708V，增量为16mV，能满足多种电压需求。

（三）频率选择

提供200kHz/300kHz/550kHz/1000kHz四种可选的开关频率，可根据具体应用场景灵活选择。

（四）输入范围

电池输入电压范围为2V至28V，能适应不同的电源环境。

（五）驱动能力

可驱动大型同步整流MOSFET，满足高功率应用的需求。

（六）保护功能

1. 过压保护：MAX1907A具备输出过压保护功能，当输出电压超过设定值时，能及时保护电路。
2. 欠压和热故障保护：可检测输出欠压和过热情况，一旦出现故障，芯片会立即关闭。
3. 电源排序和可选启动电压：支持电源排序功能，可自动升至英特尔指定的启动电压，且启动电压和暂停电压可通过独立的四级逻辑输入进行设置。

（七）封装形式

采用40引脚的薄型QFN封装，尺寸为6mm×6mm，节省电路板空间。

四、电气特性

（一）PWM控制器

1. 输入电压范围：电池电压V+范围为2V至28V，VCC和VDD的输入电压范围为4.5V至5.5V。
2. 输出电压精度：在不同的DAC代码和输入电压条件下，输出电压精度有所不同。例如，在1.276V至1.708V的DAC代码范围内，精度为±0.75%；在0.844V至1.260V的DAC代码范围内，精度为±1.5%等。
3. 线路调节误差：当VCC在4.5V至5.5V之间，V+在4.5V至28V之间时，线路调节误差为5mV。
4. 输入偏置电流：POS、NEG和FB引脚的输入偏置电流在-1µA至+1µA之间。
5. 时间频率精度：不同的RTIME电阻值对应不同的时间频率精度。例如，当RTIME = 23.5kΩ时，标称频率为640kHz，实际频率范围为580kHz至700kHz。

（二）偏置和参考

1. 静态电源电流：VCC、VDD和V+的静态电源电流在不同的工作条件下有所不同。例如，在调节点测量时，VCC的静态电源电流典型值为1.3mA，VDD的静态电源电流典型值为0.1mA等。
2. 参考电压：参考电压VREF在VCC为4.5V至5.5V，IREF = 0的条件下，典型值为2.000V，范围为1.990V至2.010V。
3. 参考负载调节：参考负载调节AVREF在IREF为-10µA至100µA的范围内，变化范围为-10mV至+10mV。

（三）故障保护

1. 过压保护阈值：输出过压保护阈值为13%至19%，当输出电压超过该阈值时，芯片会触发过压保护。
2. 欠压保护阈值：输出欠压保护阈值为67%至73%，当输出电压低于该阈值时，芯片会触发欠压保护。
3. 故障传播延迟：过压和欠压保护的传播延迟均为10µs。
4. 故障消隐时间：输出故障消隐时间为32个时钟周期。

（四）电流限制

1. 电流限制阈值电压：正电流限制阈值电压默认值为50mV，可通过ILIM引脚进行调节，调节范围为10mV至150mV。负电流限制阈值电压约为正电流限制的120%。
2. 输入范围和电流：CSP和CSN引脚的输入范围为0至2V，输入电流在-1µA至+1µA之间；ILIM引脚的输入电流在0.01nA至200nA之间。

（五）栅极驱动器

1. 导通电阻：DH和DL栅极驱动器的导通电阻在不同的工作条件下有所不同。例如，DH栅极驱动器在BST - LX强制为5V时，导通电阻典型值为1.2Ω，最大值为4.0Ω；DL栅极驱动器在高电平（上拉）时，导通电阻典型值为1.2Ω，最大值为4.0Ω，在低电平（下拉）时，导通电阻典型值为0.5Ω，最大值为1.5Ω。
2. 源/灌电流：DH栅极驱动器在DH强制为2.5V，BST - LX强制为5V时，源/灌电流为1.6A；DL栅极驱动器在DL强制为2.5V时，灌电流为4A，源电流为2A。

（六）电压定位放大器

1. 输入失调电压：输入失调电压VOS在VCM = 0时，范围为-1mV至+1mV。
2. 输入偏置电流：OAIN+和OAIN-引脚的输入偏置电流小于0.1nA，最大值为200nA。
3. 运算放大器禁用阈值：运算放大器禁用阈值约为VCC - 1V。
4. 共模输入电压范围：共模输入电压范围为0至2.5V。
5. 电源抑制比：电源抑制比PSRR在VCC为4.5V至5.5V时，范围为75dB至100dB。
6. 大信号电压增益：大信号电压增益AO在RL = 1kΩ至VCC/2时，范围为80dB至112dB。
7. 输出电压摆幅：输出电压摆幅在VCC - VOH和VOL之间，范围为100mV至300mV。
8. 输入电容：输入电容为11pF。
9. 增益带宽积：增益带宽积为3MHz。
10. 压摆率：压摆率为0.3V/µs。
11. 容性负载稳定性：容性负载稳定性要求负载电容不超过400pF，以确保电路稳定运行。

（七）逻辑和I/O

1. 逻辑输入电压：SUS、DPSLP、SHDN和SYSPOK等引脚的逻辑输入高电压为2.4V，逻辑输入低电压为0.8V。
2. 逻辑输入电流：这些引脚的逻辑输入电流在-1µA至+1µA之间。
3. SHDN无故障阈值：SHDN引脚的无故障阈值为12V至15V，可用于禁用过压和欠压保护电路。
4. DAC输入电压：D0 - D5引脚的DAC输入高电压为0.7V，DAC输入低电压为0.3V，输入电流在-1µA至+1µA之间。
5. 驱动器禁用输出电压：DDO引脚在负载电流为1mA时，输出高电压为2.4V，输出低电压为0.3V。
6. 四级输入逻辑电平：TON、S0 - S2和B0 - B2引脚的四级输入逻辑电平包括高（VCC - 0.4V）、开（3.15V至3.85V）、REF（1.65V至2.35V）和低（0.5V）。
7. 四级输入电流：这些引脚在强制连接到GND或VCC时，输入电流在-3µA至+3µA之间。

五、引脚描述

（一）启动和休眠模式电压选择引脚

B0 - B2为启动模式电压选择输入，是四级数字输入，用于选择启动模式的VID代码。S0 - S2为休眠模式电压选择输入，同样是四级数字输入，用于选择休眠模式的VID代码。

（二）关断控制引脚

SHDN为关断控制输入，正常工作时连接到VCC，连接到地时芯片进入低功耗关断状态。在从正常工作到关断的过渡过程中，输出电压会以TIME引脚设置的输出电压压摆率下降。

（三）参考输出引脚

REF为2V参考输出，需用0.22µF或更大的陶瓷电容旁路到GND，该参考可为外部负载提供50µA电流。

（四）电流限制调整引脚

ILIM用于电流限制调整，当ILIM连接到VCC时，电流限制阈值默认值为50mV；在可调模式下，电流限制阈值电压为ILIM引脚电压的1/10，调节范围为100mV至1.5V。

（五）电源输入引脚

VCC为PWM核心的模拟电源电压输入，需连接到系统电源电压（4.5V至5.5V），并通过一个10Ω电阻串联，同时用1µF或更大的陶瓷电容尽可能靠近芯片旁路到GND。VDD为DL栅极驱动器的电源电压输入，连接方式与VCC类似。

（六）反馈和补偿引脚

CC为积分电容连接引脚，连接一个47pF至1000pF（典型值270pF）的电容到GND，用于设置积分时间常数。POS和NEG为反馈偏移调整正、负输入，当DPSLP为低电平时，输出会根据POS和NEG之间的差分输入电压进行偏移。FB为反馈输入，内部连接到反馈输入和电压定位运算放大器的输出。

（七）运算放大器引脚

OAIN - 为双模式运算放大器反相输入和运算放大器禁用输入，连接到电流感测电阻的负端，可通过连接到VCC来禁用运算放大器。OAIN + 为运算放大器同相输入，连接到电流感测电阻的正端。

（八）电流限制输入引脚

CSP和CSN分别为正、负电流限制输入，连接到电流感测电阻的正、负端。

（九）深度睡眠控制引脚

DPSLP为深度睡眠控制输入，当DPSLP为低电平时，系统进入深度睡眠状态，调节器会应用相应的深度睡眠偏移。

（十）DAC代码输入引脚

D0 - D5为低电压VID DAC代码输入，D0为LSB，D5为MSB，用于设置输出电压。

（十一）驱动器禁用输出引脚

DDO为驱动器禁用输出，可用于禁用从开关调节器控制器的驱动器输出，使主控制器能够在低电流SKIP模式下运行。

（十二）电源地和栅极驱动器输出引脚

PGND为电源地，是DL栅极驱动器的接地连接。DL为低侧栅极驱动器输出，在芯片掉电或检测到故障时，DL会被强制拉高。DH为高侧栅极驱动器输出，输出摆幅从LX到BST。

（十三）电池电压感测和其他引脚

V + 为电池电压感测连接，用于PWM单脉冲定时。SUS为休眠模式控制输入，当SUS为高电平时，调节器会将输出电压调整到休眠电压水平。SYSPOK为系统电源正常输入，用于系统电源的故障检测。IMVPOK为开漏电源正常输出，反映输出电压的调节状态。CLKEN为时钟使能逻辑输出，指示SYSPOK为高电平和输出电压在调节范围内。TIME为压摆率调整引脚，通过连接一个电阻到GND来设置内部压摆率时钟。TON为导通时间选择控制输入，是四级输入，用于设置DH导通时间。

在实际应用中，我们需要根据具体的设计需求，合理使用这些引脚，以实现芯片的最佳性能。例如，在设置电流限制时，如何准确地通过ILIM引脚进行调节？在进行深度睡眠模式控制时，怎样确保DPSLP引脚的信号能够正确触发相应的操作？这些都是我们在设计过程中需要深入思考的问题。