深入解析MAX1820/MAX1821：WCDMA手机600mA降压调节器的卓越之选

在电子设备飞速发展的今天，电源管理芯片的性能直接影响着设备的整体表现。MAX1820/MAX1821作为WCDMA手机600mA降压调节器，以其高效、稳定的特性，在众多电源管理芯片中脱颖而出。今天，我们就来深入了解一下这两款芯片。

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一、产品概述

MAX1820/MAX1821是低 dropout、脉冲宽度调制（PWM）的DC - DC降压调节器，专为WCDMA手机中的功率放大器（PA）供电而优化。不过，它们在其他对效率要求较高的应用中也能大显身手。其电源电压范围为2.6V至5.5V，保证输出电流为600mA。1MHz的PWM开关频率允许使用小型外部组件，而跳过模式在轻负载时可将静态电流降至180µA。

MAX1820可动态控制，提供0.4V至3.4V的可变输出电压，电路设计能使输出电压在电压和电流满量程变化时，在<30µs内稳定下来。MAX1821则通过外部电阻设置，可提供1.25V至5.5V范围内的任何固定输出电压。

这两款芯片都包含一个低导通电阻的内部MOSFET开关和同步整流器，以最大限度提高效率并减少外部组件数量。100%占空比操作可在600mA负载下实现仅150mV的低压降，包括外部电感电阻。它们提供10引脚µMAX®和3×4芯片级（UCSP™）封装。

二、产品特性

（一）输出电压灵活可调

MAX1820可动态调节输出电压，范围从0.4V到3.4V；MAX1821则可通过编程设置输出电压，范围为1.25V到5.5V。

（二）时钟同步功能

MAX1820X可同步到13MHz外部时钟，MAX1820Y可同步到19.8MHz外部时钟，而MAX1820Z无同步功能，采用内部1MHz振荡器。

（三）低静态电流

在跳过模式下，静态电流典型值为180µA；在关机模式下，典型值为0.1µA。

（四）无需外部肖特基二极管

内部同步整流器的设计，消除了对外部肖特基二极管的需求，简化了电路设计。

（五）高输出电流

保证输出电流为600mA，能满足大多数应用的需求。

（六）宽占空比范围

支持0%至100%的占空比操作，在600mA负载下的压降仅为150mV（包括外部电感的RDC）。

（七）多种封装形式

提供µMAX或UCSP封装，方便不同应用场景的选择。

三、电气特性

（一）输入电压与电流

输入BATT电压范围为2.6V至5.5V，欠压锁定阈值在2.15V至2.55V之间（VBATT上升，1%迟滞）。不同模式下的静态电流和关机电源电流也有明确的参数范围。

（二）误差放大器

MAX1820的OUT电压精度在不同条件下有具体的数值范围，OUT输入电阻、REF输入电流等也有相应的参数。MAX1821的FB电压精度和FB输入电流也有明确规定。

（三）控制器

P通道和N通道的导通电阻、电流感测跨阻、电流限制阈值等参数，确保了芯片在不同负载条件下的稳定运行。

（四）同步与振荡器

不同型号的芯片在同步分频比、同步捕获范围、内部振荡器频率等方面有各自的特性，以满足不同的应用需求。

（五）逻辑输入

逻辑输入高和低的电压范围以及逻辑输入电流都有明确的规定，保证了芯片与其他电路的兼容性。

四、典型工作特性

（一）效率与电压、电流的关系

从效率与输出电压、输入电压、负载电流的关系曲线可以看出，芯片在不同工作条件下的效率表现。例如，在不同负载电阻和输入电压下，效率会有所变化。

（二）电压与电流的波形

通过不同负载条件下的开关波形图，如中负载、轻负载、重负载时的开关波形，我们可以直观地了解芯片的工作状态。

五、引脚描述

芯片的每个引脚都有其特定的功能，如SKIP引脚用于PWM/跳过模式输入，COMP引脚用于补偿，OUT引脚用于输出电压感测输入等。正确理解每个引脚的功能，对于电路设计至关重要。

六、详细工作原理

（一）PWM控制

MAX1820/MAX1821采用斜率补偿的电流模式PWM控制器，能够实现100%占空比。电流模式控制设计确保了最小占空比小于10%，即使在单节锂离子电池供电时，输出低至0.4V也能保持恒定的开关频率。通过PWM比较器，在每个周期内调节传输到负载的功率，实现输出电压的稳定调节。

（二）正常模式操作

将SKIP引脚连接到GND可启用正常操作模式，该模式在中重负载时采用自动PWM控制，轻负载时采用跳过模式，以提高效率并降低静态电流。在跳过模式下，芯片仅在需要时进行开关操作，减少了开关频率和相关损耗。

（三）强制PWM操作

将SKIP引脚连接到BATT可实现强制PWM操作，适用于对噪声敏感的RF和数据采集应用，确保开关谐波不会干扰敏感的IF和数据采样频率。

（四）100%占空比操作

当输入电压下降时，占空比会增加，直至P通道MOSFET持续导通。在100%占空比下，压降为输出电流乘以内部开关和电感的导通电阻，约为150mV（IOUT = 600mA）。

（五）COMP钳位

补偿网络的误差调节范围为0.45V至2.15V，钳位功能可防止COMP引脚电压过高或过低，优化瞬态响应。

（六）欠压锁定（UVLO）

当电池电压低于UVLO阈值（典型值2.35V）时，芯片不工作，BATT输入保持高阻抗，确保输出电压调节的完整性，防止启动时和电池电压下降时的过大电流。

（七）同步整流

N通道同步整流器消除了外部肖特基二极管的需求，提高了效率。在正常模式下，当输出超出调节范围或电感电流接近零时，同步整流器关闭；在强制PWM模式下，同步整流器保持激活状态，直到新周期开始。

（八）SYNC输入和频率控制

MAX1820Z和MAX1821的内部振荡器固定为1MHz开关频率，无同步能力，SYNC引脚必须连接到GND。MAX1820Y、MAX1820X和MAX1821X可同步到外部信号，通过驱动SYNC引脚的13MHz（MAX1820X和MAX1821X）或19.8MHz（MAX1820Y）交流耦合正弦波实现同步。

（九）关机模式

将SHDN引脚驱动到GND可使芯片进入关机模式，此时参考、控制电路、内部开关MOSFET和同步整流器关闭，电源电流降至0.1µA，输出呈高阻抗。

七、应用信息

（一）设置输出电压

MAX1820通过REF输入动态调节输出电压，从0.4V到VBATT，VREF到VOUT的增益内部设置为1.76，可通过外部DAC在操作过程中调整输出电压。MAX1821则通过将FB引脚连接到输出和GND之间的电阻分压器，选择1.25V至VBATT之间的输出电压。

（二）补偿和稳定性

通过在COMP引脚和GND之间串联电阻和电容进行外部补偿，设置补偿零点，确保系统的瞬态响应和稳定性。设计补偿网络时，需要选择合适的转换器带宽，计算补偿电容和电阻的值。

（三）电感选择

建议大多数应用使用4µH至6µH、饱和电流至少为800mA的电感，电感的直流电阻应<200mΩ，饱和电流应>1A。可根据公式计算理想电感值和最大电感电流。

（四）输入电容选择

输入电容用于减少从电池或输入电源汲取的电流峰值，降低IC中的开关噪声。应选择阻抗在开关频率下小于输入源的电容，并满足纹波电流要求。

（五）输出电容选择

输出电容用于保持输出电压纹波小，并确保调节控制回路的稳定性。建议使用陶瓷电容，电容电压额定值应超过最大施加电压。

（六）PC板布局和布线

由于高开关频率和大峰值电流，PC板布局非常重要。应将电感、输入滤波电容和输出滤波电容尽可能靠近连接，保持走线短、直且宽，采用星型接地配置。外部电压反馈网络应靠近FB引脚，避免噪声走线干扰。

八、总结

MAX1820/MAX1821降压调节器以其丰富的特性和稳定的性能，为WCDMA手机和其他对效率要求较高的应用提供了出色的电源管理解决方案。在设计过程中，我们需要充分考虑芯片的电气特性、工作原理和应用要求，合理选择外部组件，优化PC板布局，以确保芯片发挥最佳性能。各位工程师在实际应用中，是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。