研诺新款IC AAT2601的完整电源解决方案

CPU内核电源必须提供内核所需的电压和电流，以及非常快速的负载瞬态响应。瞬态时间是好几个变量的函数，如输出滤波器电感和电容，最重要的是转换器的环路带宽。环路带宽是控制方案和开关频率的函数。典型地，大于开关频率一半的环路带宽实际上是很难实现的，而四分之一或十分之一开关频率的环路带宽是较容易实现的。

图3显示了AAT2601可实现的杰出瞬态响应，观察到的瞬态电压是-70mmV/+58mV。瞬态响应时间大约是杰出的20Sec。

•    线路瞬态响应  

 
图4：同步降压转换器线路瞬态响应，测试条件为Vbat = 3.5V - 4.2V; IOUT = 300mA; VOUT = 1.8V; COUT = 4.7F

图中文字：Measure 测量

Value 数值

Status 状态

该降压同步转换器具有优异的线路瞬态响应。图4描述了输入电压在3.5V到4.2V之间每上一个台阶的线路瞬态响应，图中显示是+65mV/-70mV的电压摆幅。这一性能保证了在线路电压变化下内核电压的混乱保持在规范之内，从而确保了工作的可靠性。

典型的上电和下电顺序

上下电顺序是今天的智能解决方案的关键要求。

在该器件中实现正确的上下电顺序有很大的灵活性。首先是通过使用独立的使能信号，其次是通过使用I2C接口。

此外，该器件还具有其它一些使能输入，它们用于实现AAT2160的自测试和睡眠模式等，它们可帮助用户优化其解决方案。

电池充电器

电池充电器是任何针对便携式应用的PMU的一个关键功能块。

电池充电曲线由以下三个阶段组成：
1.    预电流模式涓流充电
2.    恒定电流模式充电
3.    恒定电压模式充电

1.    预涓流充电

为了维持一个安全的充电环境，电池充电仅在AAT2601电池充电器检测到以下几个条件才会开始。输入电源必须大于最低工作电压UVLO，以及使能引脚ENBAT必须是低电平。

当电池连接到BAT引脚时，电池充电器先检查电池的条件，再决定采用哪种充电模式。

如果电池电压低于预电压门槛VMIN，那么电池充电器将启动预涓流充电模式，并以编程设定的恒流幅度的12%对电池进行充电。

涓流充电对一个深度放电的电池单元来说是一种安全的预防措施。当输入输出电压差为最高时，它还可降低在内部串接导通MOSFET上的功耗。

2.    恒流模式充电电流

涓流充电一直持续到电池电压到达VMIN。一旦到达此点，电池充电器开始恒流充电。该模式的缺省电流水平可使用一个位于ISET引脚与地之间的电阻进行调节。一旦针对缺省充电电流选定了电阻，该电流可通过I2C接口在设定缺省充电电流的40%到180%的范围内进行调节。设定电流可在最低100mA和最高1A之间进行调整。

当ADPP信号变高时，缺省I2C设置是复位。如果USE_USB信号在ADPP信号变高时是高电平，那么充电电流就复位到内部设置的100mA电流，直到微控制器发出另一I2C信号来改变充电电流。

3.    恒压模式充电

恒流充电将一直持续到电池电压到达输出充电电压调节点VBAT_REG。当电池电压上升到调节电压(VBAT_REG)时，电池充电器将转换到恒压模式。VBAT_REG出厂时校准到4.2V(标称值)。恒压模式充电将一直持续到充电电流减少到充电终止电流的末端，该充电终止电流可通过I2C接口进行编程。

充电安全定时器（CT）

在监控充电周期的同时，AAT2601利用一个充电安全定时器来帮助识别受损电池单元，并确保该电池单元安全地充电。其工作流程如下：在启动充电周期之后，AAT2601以编程设定的最大充电电流的12%对电池单元进行充电，一直到电池电压VBAT>2.8V。如果电池单元电压在安全定时器计数终止前没能上升到预设置典型门槛电压2.8V，那么该电池单元就被认为已受到损坏，充电周期也随之终止。如果电池单元电压在定时器计数终止前超过2.8V，那么充电周期就进入快速充电阶段。AAT2601有3种超时周期：涓流充电模式下是1小时，恒流充电模式下是3小时，恒压充电模式下也是3小时。

CT引脚由恒流源驱动，并将在定时电容数值上提供一个线性增长响应。因此，如果定时电容的数值是其标称0.1μF的一倍，那么超时周期也将延长一倍。如果不需要可编程看门狗定时器功能，可以通过将CT引脚接到地上来解除该功能。定时电容应当在PCB板上尽量靠近CT引脚。

陶瓷电容材料（如X7R和X5R类型）是这一应用的上等之选。

应用框图 

图5：应用框图

图5描述了一个典型的应用框图，它显示了PMU正常工作所需的所有外部元器件，以及显示了微控制器接口。

PCB设计指南

在进行PCB设计时，应当遵循下列布局指南，以确保AAT2601的正常工作：

•    地层应当在AAT2601封装下有一块很大的裸露铜皮垫，它上面有很多连接到所有PCB层的过孔，以保证良好的热散发。
•    电源走线（包括GND走线、LX走线和VIN走线）应当尽量短、直接和宽，以允许大电流流过、降低寄生电感和电阻。到LX引脚的滤波器电感连接应当尽量短。在多层之间走线时，使用多个过孔垫。
•    输入电容应当尽量靠近CHGIN和PGND，以得到良好的电源滤波效果。
•    将开关节点尽量远离敏感的反馈节点。
•    反馈走线应当与任何电源走线隔离开，并尽量靠近负载点。沿着高电流负载走线感应信号将影响DC负载校准。
•    输出电容和输出电感的连接走线应当尽量短，而且在电感下面不应该有任何信号走线。
•    从负载返回到电源地的走线电阻应当保持在一个最小值，方法是尽可能地缩短它们的走线长度。这将有助于最小化由于内部信号地和电源地的电位差而引发的任何DC调节差错。

结论

在本文中，我们回顾了AAT2601 PMU的一些性能，并讨论了该器件是如何以一种非常复杂的架构和小巧封装进行设计的，以优化性能和占板面积。

下面是AAT2601应该再次被明确强调的性能：

1.    AAT2601提供了适合多种应用的完整电源分配解决方案。这包括一个电池充电器、一个同步降压转换器和五个LDO。
2.    同步降压转换器提供杰出的电源转换效率、线路和负载瞬态响应。
3.    AAT2601提供用于对充电器和LDO进行编程的I2C总线接口。
4.    所有的LDO提供60dB电源抑制比PSRR，且其低噪声运行性能使得它们适合为噪声敏感负载提供电源。
5.    该器件采用散热性能更好的小外形5×5×0.8mm 36引脚TQFN封装。
6.    非常低的静态电流，仅为170A
7.    提供过流和过温保护功能，以确保高可靠性。