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SP6649EU/TR

器件型号:SP6649EU/TR
厂商名称:SIPEX
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器件描述

Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator

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SP6649EU/TR器件文档内容

                                                               �                                                                          SP6649

ADVANCED INFORMATION                                                                            Ultra-low Quiescent Current,
                                                                                 High Efficiency Boost DC-DC Regulator

                    FEATURES                                                                                VBATT 1      Top View         10 VOUT
                     Ultra-low 12�A Quiescent Current                                                           LBI 2  10 pin MSOP        9 LX
                     700mA Output Current at 2.6VIN, 3.3VOUT                                                           Tja=113�C/W        8 PGND
                     94% Efficiency Possible                                                                LBON 3                        7 GND
                     Wide Input Voltage Range: 0.85V to 4.5V                                                 RLIM 4                       6 FB
                     3.3V Fixed Output and adjustable 2.5V to
                                                                                                            SHDN 5
                       5.0V Output Range
                     Internal Synchronous Rectifier for High                                                APPLICATIONS
                                                                                                             Digital Still Cameras
                       Efficiency                                                                            MP3 Players
                     0.3 Charging Switch, 0.3 Synchro-                                                       PDA's
                                                                                                             Pagers
                       nous Rectifier                                                                        Handheld Portable Devices
                     Anti-Ringing Inductor Switch                                                            Medical Monitors
                     Programmable Inductor Peak Current
                     Logic Shutdown Control
                     Under Voltage Lock-Out, 0.62V
                     Programmable Low Battery Detect
                     Small 10 pin MSOP Package

                    DESCRIPTION

                    The SP6649 is an ultra-low quiescent current, high efficiency step-up DC-DC converter ideal for
                    single and dual cell alkaline, or Li-Ion battery applications such as digital still cameras, PDA's,
                    MP3 players, and other portable devices. The SP6649 combines the high delivery associated
                    with PWM control, and the low quiescent current and excellent light-load efficiency of PFM control.
                    The SP6649 features 12�A quiescent current, synchronous rectification, a 0.3 charging switch,
                    anti-ringing inductor switch, programmable low battery detect, under-voltage lockout and
                    programmable inductor peak current. The device can be controlled by a 1nA active LOW
                    shutdown pin.

                      VBATT                                    L1 10uH

                                        C1                                                         3.3Vout
                                      +
                                      47uF         1 VBATT     VOUT 10

                                             LBI   2 LBI SP6649 LX 9             C4      R1
                                          LBON                                    1uF  205K
                                                   3                          8               C3   + C2
                                          SHDN           LBON  PGND                          47pF  47uF             TBD
                                            RLIM
                                            1.87K  4                          7                             Figure 2. Maximum Load Current in Operation
                                                         RLIM     GND

                                                   5                       6
                                                         SHDN     FB

                                                                                       R2
                                                                                       124K

                          C1 = C2 = Kemet T49C476K010AS, L1 = Sumida CDRH5D28-100
                          R1 = 374K for 5VOUT

                    Figure 1. Typical Application Circuit

                    Rev:001 Date:11/20/03                      SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator  � Copyright 2002 Sipex Corporation

                                                                                                   1
                    ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS                                                 LX, Vo, VBATT , LBON, FB to GND pin ................................. -0.3 to 6.0V
                                                                                             SHDN, LBI ............................................................ -0.3V to VBATT +0.5V
                    These are stress ratings only and functional operation of the device at  Vo, GND, LX Current .................................................................... 1.3A
                    these ratings or any other above those indicated in the operation
                    sections of the specifications below is not implied. Exposure to         Reverse VBATT Current ............................................................... 220mA
                    absolute maximum rating conditions for extended periods of time may      Forward VBATT Current ............................................................... 500mA
                    affect reliability.                                                      Storage Temperature .................................................. -65 �C to 150�C

                                                                                             Operating Temperature ................................................ -40�C to +85�C

                                                                                             Lead Temperature (Soldering, 10 sec) ....................................... 300 �C

                                                                                             ESD Rating ........................................................................... 2kV HBM

ADVANCED INFORMATIONSPECIFICATIONS

                    VBATT=VSHDN = 1.3V, VFB=0V, ILOAD = 0mA, TAMB= -40�C to +85�C, VOUT = +3.3V, typical values at 27�C unless otherwise
                    noted.

                      PARAMETER                          MIN    TYP                          MAX    UNITS                    CONDITIONS
                                                                                              4.5      V   After Startup
                      Input Voltage Operating Range, VBATT 0.7  0.62                                   V
                      Under Voltage Lock-out/UVLO               0.85                          0.9      V   RLOAD = 3k
                                                                3.30                         3.44      V   3.3V VO preset
                      Start-up Input Voltage, VBATT              12                           22      �A   VOUT = 3.3V, VFB = 1.5V, Toggle SHDN
                                                                 20                           500     nA   VOUT = 3.3V, VFB = 1.5V
                      Output Voltage, VO                 3.16                                 500     nA   VSHDN = 0V
                                                                  1                           500     nA   VSHDN = 0V, VBATT = 2.6V
                      Quiescent Current into VO, IQO             200                                  %    VBATT = 1.3V, IOUT = 50mA
                                                                 85                           1.4     %    VBATT = 2.6V, IOUT = 100mA
                      Quiescent Current into VBATT, IQB          91                                   %    VBATT = 1.3V, IOUT = 100mA
                                                                 85                           0.6     %    VBATT = 2.6V, IOUT = 200mA
                      Shutdown Current into VO, ISDO             92                           0.6      A   RLIM = 1.17k , I PK = 1400/RLIM
                                                                 1.2                         1.30     mA   VBATT = 1.3V, RLIM = 1.17k
                      Shutdown Current into VBATT, ISDB          250                          100     mA   VBATT = 2.6V, RLIM = 1.17k
                                                                 700                         0.656    mA   VBATT = 1.3V, RLIM = 1.87k
                      Efficiency, RLIM = 4.0K                    150                                  mA   VBATT = 2.6V, RLIM = 1.87k
                                                                 400                          0.4          tOFF K OFF / (VOUT- VBATT)
                      Efficiency, RLIM = 1.87K                   1.1                          500    V*�s  tON K ON / VBATT
                                                                 3.3                         0.25    V*�s  INMOS = 100mA
                      Inductor Current Limit, IPK        1.0    0.30                          0.5          IPMOS = 100mA
                                                                0.30                          100      V   External feedback
                      Output Current                            1.25                                  nA   VFB =1.3V
                                                                                                       V
                      Minimum Off-Time Constant KOFF              1                                   mV   VBATT = 1.3V, Isink = 1mA
                                                                0.625                                  V   VBATT = 1.3V, VLBON = 3.3V
                      Maximum On-Time Constant KON                                                    nA   VBATT = 1.3V
                                                                 25                                        VBATT = 1.3V
                      NMOS Switch Resistance                                                           V   VBATT = 2.6V
                                                                  1                                        VBATT = 2.6V
                      PMOS Switch Resistance                                                          nA

                      FB Set Voltage, VFB                1.20
                      FB Input Current                   0.594

                      LBI Falling Trip Voltage            1.0
                                                          2.0
                      LBI Hysteresis

                      Low Output Voltage for LBON, VOL

                      Leakage current for LBON

                      SHDN Input Voltage           VIL

                                                   VIH

                                                   VIL

                                                   VIH

                      SHDN Input Current

                    Rev:001 Date:11/20/03 SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator  � Copyright 2002 Sipex Corporation

                                                                               2
PIN DESCRIPTION

                      PIN NUMBER  PIN NAME  DESCRIPTION

                      1           VBATT     Battery Voltage pin. The startup circuitry runs off of this pin. The
                                            operate circuit also uses this voltage to regulate the off-time
ADVANCED INFORMATION  2           LBI       [tOFF = KOFF/ (VOUT - VBATT)]. When the battery voltage drops below
                                            0.62V after a successful startup the SP6649 goes into an undervoltage
                      3           LBON      lockout mode (UVLO).

                      4           RLIM      Low Battery Input pin. LBI below 0.61V causes the LBON pin to pull
                                            down to ground. Use a resistor divider to program the low voltage
                      5           SHDN      threshold for each battery configuration.

                      6           FB        Low Battery Output Not pin. Open drain NMOS output that sinks
                                            current to ground when LBI is below 0.625V.
                      7           GND
                                            Resistor Programmable Inductor Peak Current. By connecting a
                      8           PGND      resistor RLIM from this pin to ground the inductor peak current is set by
                                            IPEAK=1400/RLIM. The range for RLIM is 4.0K (for 350mA) to 1.17K
                      9           LX        (for 1.2A).

                      10          VOUT      Shutdown Not. Tie this pin to VBATT for normal operation. Tie this pin
                                            to ground to disable all circuitry inside the chip. In shutdown the
                                            output voltage will float down to a diode drop below the battery
                                            potential.

                                            External Feedback pin. Connect this pin to GND for fixed +3.3V
                                            operation. Connect this pin to a resistor voltage divider between VOUT
                                            and GND for adjustable output operation.

                                            Ground pin for the internal regulator bias currents.

                                            Switch ground pin. The inductor charging current flows out of this pin.

                                            Inductor switching node. Connect one terminal of the inductor to the
                                            positive terminal of the battery. Connect the second terminal of the
                                            inductor to this pin. The inductor charging current flows into LX,
                                            through the internal charging N-channel FET, and out the GND pin.

                                            Output Voltage pin. The inductor current flows out of this pin during
                                            the off-time. It is also the internal regulator voltage supply, and
                                            minimum off-time one shot input. Kelvin connect this pin to the
                                            positive terminal of the output capacitor.

Rev:001 Date:11/20/03             SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator  � Copyright 2002 Sipex Corporation

                                                                      3
BLOCK DIAGRAM

ADVANCED INFORMATION VBATT                                                                                                                                                                                                                                                    LX
                                                                  VO                                                                                                                                                                                             QKILL
                                                                                                                                  VO
                                                                                                                                                                                                                                                   +VO   charge end
                                                                                                                                                                                                                                                     cVBATT   IUC
                                                                                                                                                                                                                                                        -
             INTERNAL                                            Min   TOFF                                                                                                                                                                                                                       undercurrent
                Vbatt                                            Toff           R                                                                                                                                                                                                                 comparator

                          SDI 0.61V                                                                                                                                                                                                                                                                      INTERNAL  VOUT
                                                                                                                                                                                                                                                                                                         SUPPLY
                                                  -              UVLO                                                                                                                                                                                            QKILL
                                                                                                                                                                                                                                                                          PMOS                      VO
SHDN                                              +  c                                                                                                                                                                                                   switch                             VBATT
                                                                                                                                                                                                                                                         buffer
                                                                                   Q                                                                                                                                                                                                                  Max
                                                                                      CHARGE                                                                                                                                                                                                          Ton

                                                                                                                                                                                                                                                                 NMOS

                        n

      SDI    Ref               IBIAS  1.25V             REF +

             Block                                                  c  VOLOW                                                                                                                                                                                                          LX
                                                                 -             S
                                                        FB                                                                                                                                                                                                                         current    +
                                                                                                                                                                                                                                                                                reference        c
                               0.61V +                                             Qn                                                                                                                                                                                                                                                   LOAD
                                               c                                                                                                                                                                                                                                              -
                                                                                   SP6649                                                                                                                                                                                                    overcurrent           PGND
                                            -                                                                                                                                                                                                                                                comparator             GND

  FB                  current         current                                                                                                                                                                                                                                               SWITCH GROUND             LBON
Rlim                  control         reference
           Ipkset                                                                                                                                                                                                                                                                                     INTERNAL
                                                                                                                                                                                                                                                                                                       GROUND

LBI               -

      0.61V       +  c

THEORY OF OPERATION                                                                                                                                                                                                                                      Control Scheme:

Detailed Desctiption:                                                                                                                                                                                                                                    A minimum off-time, current limited pulse fre-
                                                                                                                                                                                                                                                         quency modulation (PFM) control scheme com-
The SP6649 is a step-up DC-DC converter that                                                                                                                                                                                                             bines the high output power and efficiency of a
starts up with input voltages as low as 0.85V                                                                                                                                                                                                            pulse width modulation (PWM) device with the
(typically) and operates with input voltages down                                                                                                                                                                                                        ultra low quiescent current of the traditional
to 0.62V. The ultra low quiescent current of                                                                                                                                                                                                             PFM. At low to moderate output loads the PFM
12�A provides excellent efficiencies. In addi-                                                                                                                                                                                                           control provides a higher efficiencies than tradi-
tion to the 0.3 internal MOSFET the SP6649                                                                                                                                                                                                               tional PWM converters are capable of deliver-
has an internal synchronous rectifier eliminat-                                                                                                                                                                                                          ing. At these loads the switching frequency is
ing the need for an external diode. An internal                                                                                                                                                                                                          determined by a minimum off-time (tOFF, MIN)
inductive-damping switch significantly reduces                                                                                                                                                                                                           and a maximum on-time (tON, MAX) where:
inductive ringing. If the supply voltage drops
below 0.62V the SP6649 goes into under volt-                                                                                                                                                                                                             tOFF K OFF / (VOUT - VBATT) and
age lock-out opening up the internal switches.                                                                                                                                                                                                           tON K ON / VBATT with
An externally programmable low battery detec-                                                                                                                                                                                                            KOFF = 1.1V�s and
tor with open drain output provides the user the                                                                                                                                                                                                         KON = 3.3V�s.
ability to monitor the supply voltage. The induc-
tor peak current is externally programmable to
allow for a range of inductors.

Rev:001 Date:11/20/03 SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator                                                                                                                                                                                             � Copyright 2002 Sipex Corporation

                                                           4
                    At light loads (plot A in Figure 3) the charge      Inductor Current vs. Load
                    cycle will take tON, MAX �s. For a 1V battery this
                    would be:                                                                                                                     llim

                    tON, MAX = KON / VBATT = 3.3V�s / 1V = 3.3�s        Ton Max.                                         Toff Min.
                                                                                                                      E. Iripple=Toff* (Vo - Vi)/L
                    The current built up in the coil during the charge
ADVANCED INFORMATIONcycle gets fully discharged (discontinuous con-     Ton Max.                                                                                             llim
                    duction mode, DCM) When the current in the
                    coil has reached zero the synchronous rectifier                                                        Toff Min.
                    switch is opened and the voltage across the coil                                                  D. Toff*= (Vo - Vi)/L                     (from VBATT to LX) is shorted internally to
                    eliminate inductive ringing.                                                                                                    llim

                    With increasing load (plot B in Figure 3) this      Ton Max. Toff Min.                            C. Iripple=Ton*Vi/L
                    inductor damping time becomes shorter (be-
                    cause the output will drop quicker below its                                                                                    llim
                    regulation point due to the heavier load) up to
                    the point where it becomes zero. If the load        Ton Max. Toff Min.                            B. Iripple=Ton*Vi/L
                    increases further the SP6649 enters continuous
                    conduction mode (CCM) where there is always                                                                                     llim
                    current in the inductor. The charge time is still
                    tON,MAX as long as the inductor peak current        Ton Max. Toff Min.                            A. Iripple=Ton*Vi/L
                    limit is not reached (plot C in Figure 3). the
                    inductor peak current limit can be programmed       Figure 3. Inductor Current vs. Load
                    by trying a resistor RLIM from the RLIM pin to
                    ground where:                                       In (plot D of Figure 3) the current reaches the
                                                                        peak current limit during the charge cycle but
                              IPEAK = 1400 / RLIM                       full load is still not reached becuse at the end of
                                                                        the minimum off-time VOUT was still not below
                    with a maximum recommended IPEAK of 1.2A            its regulation point. Finally in plot E the maxi-
                    (or a minimum RLIM of 1.17K ).                      mum load is reached where the discharge time
                                                                        has shrunk to its minimum allowed value
                    When the peak current limit is reached the          tOFF,MIN.
                    charge time is short-cycled.

                    Rev:001 Date:11/20/03  SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator  � Copyright 2002 Sipex Corporation

                                                                               5
PERFORMANCE CHARACTERISTICS
3.3V out, refer to the Circuit in Figure 1, TAMB=+25�C.

ADVANCED INFORMATION  Efficiency (%)  100                                                 Vi=3.0V  VOUT (V)  3.400                                           Vi=3.0V
                                       95                                                 Vi=2.6V            3.380                                           Vi=2.6V
                                       90                                                 Vi=2.0V            3.360                                           Vi=2.0V
                                       85                                                 Vi=1.3V            3.340                                           Vi=1.3V
                                       80                                                 Vi=1.0V            3.320                                           Vi=1.0V
                                       75                                                                    3.300
                                       70               1.0       10.0   100.0    1000.0                     3.280       100       200  300        400  500
                                       65                                                                    3.260
                                       60                                                                    3.240
                                           0.1                                                               3.220
                                                                                                             3.200

                                                                                                                      0

                                                             Iload (mA)                                                            ILOAD(mA)

                    Figure 4. Efficiency vs. Load Current                                          Figure 5. Line/Load Rejection vs. Load Current

                                      100                                                                    400

                                      80                                                                     350

                                                                                                             300

                                      60                                                           Io (mA)   250

                      Iin (uA)        40                                                                     200

                                                                                                             150

                                      20                                                                     100

                                                                                                             50

                                                0                                                            0

                                                   1.0       1.5         2.0      2.5     3.0                     1.0         1.5             2.0       2.5  3.0

                                                                         Vin (V)                                                        Vin (V)

                    Figure 6. No Load Battery Current                                              Figure 7. Maximum Resistive Load Current in Startup

                    Figure 8. Output Ripple, VIN=2.6V, ILOAD=80mA                                  Figure 9. Output Ripple, VIN=2.6V, ILOAD=200mA

Rev:001 Date:11/20/03 SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator                                         � Copyright 2002 Sipex Corporation

                                                           6
                    PERFORMANCE CHARACTERISTICS
                    5V out, refer to the Circuit in Figure 1, TAMB=+25�C, R1=374K.

ADVANCED INFORMATION  Efficiency (%)  100                                                     Vi=4.2V  Vout (V)  5.100                                          Vi=4.2V
                                       95                                                     Vi=3.2V            5.080                                          Vi=3.2V
                                       90                                                     Vi=2.6V            5.060                                          Vi=2.6V
                                       85                                                     Vi=2.0V            5.040                                          Vi=2.0V
                                       80                                                     Vi=1.6V            5.020                                          Vi=1.6V
                                       75                                                                        5.000
                                       70            1.0       10.0       100.0  1000.0                          4.980       100  200     300         400  500
                                       65                                                                        4.960
                                       60                                                                        4.940
                                           0.1                                                                   4.920
                                                                                                                 4.900

                                                                                                                          0

                                                          Iload (mA)                                                                      Iload (mA)

                    Figure 10. SP6649 5V Efficiency vs. Load Current                                   Figure 11. SP6649 5V Line/Load Rejection vs. Load
                                                                                                       Current

                                      300                                                                       500
                                                                                                                450
                                      250                                                                       400
                                                                                                                350
                                      200                                                                       300
                                                                                                                250
                      Iin (uA)        150                                                                       200Io (mA)
                                                                                                                150
                                      100                                                                       100

                                      50                                                                          50
                                                                                                                   0
                                      0                                                                              1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5
                                                                                                                                                          Vin (V)
                                                1.0  1.5  2.0        2.5  3.0    3.5     4.0  4.5
                                                                                                       Figure 13. SP6649 5V Maximum Resistive Load Current
                                                                      Vin (V)                          in Startup

                    Figure 12. SP6649 5V No Load Battery Current

                    Figure 14. SP6649 5V Output Ripple, Vin=2.6V,                                      Figure 15. SP6649 5V Output Ripple, Vin=2.6V,
                    Iload=80mA                                                                         Iload=200mA

                    Rev:001 Date:11/20/03                      SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator  � Copyright 2002 Sipex Corporation

                                                                                                   7
ADVANCED INFORMATION                                              PACKAGE: 10-PIN MSOP

                                                                             (ALL DIMENSIONS IN MILLIMETERS)

                                              D
                                              e1

                            E/2                                                                    �1               R1
                         E                                                                                               R
                                                             E1
                                                                                                                        L2
                                                                                        Seating Plane �1      L             Gauge Plane
                                                                                                          L1
                                                        12                                                                  �

                                                      e
                    Pin #1 indentifier must be indicated within this shaded area (D/2 * E1/2)

                      Dimensions in (mm)    10-PIN MSOP
                                            JEDEC MO-187
                               A            (BA) Variation
                               A1
                               A2         MIN NOM MAX
                               b
                                          -       - 1.1

                                          0       - 0.15

                                          0.75 0.85 0.95
                                          0.17 - 0.27

                      c                   0.08 - 0.23                                       (b)
                                                             WITH PLATING
                      D                       3.00 BSC
                                                                         c
                      E                       4.90 BSC

                      E1                      3.00 BSC

                      e                       0.50 BSC

                      e1                      2.00 BSC

                      L                   0.4 0.60 0.80

                      L1                  - 0.95 -           BASE METAL
                                                                                   D
                      L2                  - 0.25 -
                                                                                   b
                      N                   -   10 -                 A1

                      R                   0.07 -        -

                      R1                  0.07 -        -                                                 A2 A

                      �                   0�            8�

                      �1                  0� -          15�

                              1                                                                           � Copyright 2002 Sipex Corporation

Rev:001 Date:11/20/03 SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator

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                                                       ORDERING INFORMATION

                      Part Number                      Operating Temperature Range                            Package Type

                      SP6649EU .................................................. -40�C to +85�C ........................................................ 10 Pin MSOP
                      SP6649EU/TR ............................................ -40�C to +85�C ................................ (Tape & Reel) 10 Pin MSOP

ADVANCED INFORMATION                      Corporation

                    SIGNAL PROCESSING EXCELLENCE

                    Sipex Corporation

                    Headquarters and
                    Sales Office
                    233 South Hillview Drive
                    Milpitas, CA 95035
                    TEL: (408) 934-7500
                    FAX: (408) 935-7600

                    Sales Office
                    22 Linnell Circle
                    Billerica, MA 01821
                    TEL: (978) 667-8700
                    FAX: (978) 670-9001
                    e-mail: sales@sipex.com

                    Sipex Corporation reserves the right to make changes to any products described herein. Sipex does not assume any liability arising out of the
                    application or use of any product or circuit described herein; neither does it convey any license under its patent rights nor the rights of others.

Rev:001 Date:11/20/03              SP6649 Ultra-low Quiescent Current, High Efficiency Boost DC-DC Regulator  � Copyright 2002 Sipex Corporation

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