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SP6650

器件型号:SP6650
器件类别:半导体    模拟混合信号IC   
厂商名称:SIPEX
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器件描述

600mA Synchronous Buck Regulator

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SP6650器件文档内容

               �                                                                                   SP6650

               High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator

                                Ideal for portable designs powered with Li Ion battery

FEATURES                                                             PVIN 1        SP6650          10 LX
95% High Efficiency                                                  VIN 2                         9 PGND
Proprietary Control Loop                                                         10 Pin MSOP       8 GND
2.7V to 6.5V Input Voltage Range                                  BLON 3                           7 VOUT
3.3V or Adjustable Output Voltage                                    ILIM 4                        6 FB

   Range                                                           SHDN 5
2% Output Voltage Accuracy
600mA Output Current                                              Now Available in Lead Free Packaging
100% Duty Cycle Operation
Programmable Inductor Peak Current                        APPLICATIONS
                                                            PDA
   Limit (0.95A or 0.5A)                                    CD Player
No External FET's Required                                 ADSL Modem
3V Battery Low Indicator                                   Digital Still Camera
2.7V Undervoltage Lockout
Shutdown Control
Small 10-Pin MSOP

                                                                                                   DESCRIPTION

The SP6650 is ideal for portable applications that use a Li-Ion or 3 to 4 cell alkaline/NiCd/NiMH
input. The SP6650 extends battery life with it's unique control loop scheme (patent pending),
which maintains high efficiency levels (> than 90%) over a wide range of output currents. Features
such as Inductor peak current control, protects the power supply from overload or short circuit
conditions, controls the startup current to prevent output overshoot and excessive battery drop,
and gives the user more flexibility in choosing an appropriate coil to optimize solution cost, size
and performance. Other features include a dedicated pin for manual shutdown, a battery low
indicator, and thermal protection.

                                                                       TYPICAL APPLICATIONS CIRCUIT

                       2.7-6.5 VDC        1 PVIN           �        L1 22�H

               RB                                            LX 10            C4
               100k R1                                                    470pF
                                          2 VIN    PGND 9
                             10
                                          3        SP6650       8
                   C1
                  1�F                        BLON          GND

     R4                                   4 ILIM           VOUT 7                                    VOUT
100k                                      5 SHDN             FB 6                                  3.3V or 1.25V
                                                                                                   to 5.0V
                                    C2                                                       R2
                                    47�F                                                     164k  C3
                                                                                                   47�F
                                                                                             R3
                                                                                             100k

Date: 5/25/04                       SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator  � Copyright 2004 Sipex Corporation

                                                        1
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

These are stress ratings only and functional operation
of the device at these ratings or any other above those
indicated in the operation sections of the specifications
below is not implied. Exposure to absolute maximum
rating conditions for extended periods of time may
affect reliability.

   PVIN, VIN. ........................................................... 7V
   All other pins .............................. -0.3V to VIN +0.3V
   PVIN, PGND, LX current .................................... 2A
   Storage Temperature .................... -65�C to 150�C
   Lead Temperature (Soldering 10sec) .......... 300�C

                                                                                    ELECTRICAL CHARACTERISTICS

Specifications apply for -40�C to +85�C, VOUT = 3.3V, VIN = 3.6V, ILIM = SHDN = VIN, FB = GND, L1 = 22�H, COUT = CIN = 47�F, unless otherwise noted.

PARAMETER                        MIN. TYP. MAX. UNITS CONDITIONS

Input Voltage Operating          UVLO                                         6.5   V
Range

Undervoltage Lockout Threshold   2.6   2.7                                    2.8   V       VIN Rising
Undervoltage Lockout Hysteresis
                                       120                                          mV

FB Set Voltage, VREF             1.23  1.25                                   1.27    V     VOUT tied to FB Pin
VREF Load Regulation                   0.5                                           %
                                 3.23                                         3.37          ILOAD = 0 to 600mA
VREF Line Regulation             3.17  0.5                                    3.43   %      VIN = 3.6V, VOUT = 3.3V

VREF Line and Load Regulation          0.65                                          %      VIN = 3.6V to 6.5V
                                                                                            VOUT = 3.3V, ILOAD = 200mA
VOUT Accuracy                          3.30                                           V
VOUT Line and Load Regulation          3.30                                           V     VIN = 3.6V to 6.5V
                                                                                            ILOAD = 0 to 600mA
On-Time Constant - KON                 2.7                                          �s*V
Minimum TON = KON/ (VIN-VOUT)                                                               ILOAD = 100mA, VIN = 3.6V
PMOS Switch Resistance
NMOS Switch Resistance                                                                      VIN = 3.6V to 6.5V
VIN Pin Quiescent Current                                                                   ILOAD = 0 to 600mA
VIN Pin Shutdown Current
VOUT Pin Quiescent Current             0.4                                    0.8           IPMOS = 200mA
VOUT Pin Shutdown Current              0.3                                    0.8
Power Efficiency                        70                                    150           INMOS = 200mA
                                       0.3                                    500
Minimum Guaranteed Load                  7                                     12   �A SHDN = VIN = FB = 1.5V
Current                                0.1                                    500
Inductor Current Limit                  92                                          nA SHDN = 0V
                                        95                                    1.15
Inductor Current Limit                  88                                    0.60  �A SHDN = VIN = FB = 1.5V
                                       700                                          nA SHDN = 0V
                                       350
                                 600   0.95                                            %    ILOAD = 600mA
                                 300   0.50                                            %    ILOAD = 100mA
                                       -100                                            %    ILOAD = 1mA
                                 0.75
                                 0.40                                                 mA    ILIM = VIN
                                                                                      mA    ILIM = 0V

                                                                                        A   ILIM = VIN
                                                                                        A   ILIM = 0V

                                                                                    ppm/�C

Date: 5/25/04                    SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator    � Copyright 2004 Sipex Corporation

                                                     2
SPECIFICATIONS (continued)

Specifications apply for -40�C to +85�C, VOUT = 3.3V, VIN = 3.6V, ILIM = SHDN = VIN, FB = GND, L1 = 22�H, COUT = CIN = 47�F, unless otherwise noted.

PARAMETER                                               MIN. TYP. MAX. UNITS CONDITIONS

Falling BLON Trip Voltage                               2.88 3.00 3.12                    V

BLON Trip Voltage Hysteresis                                       2.9                    %

BLON Low Output Voltage                                                        0.4        V   VIN = VOUT = 3.0V,

BLON Leakage Current                                                            1             ISINK = 1mA
Rising Over-Temperature Trip                                       140
Point                                                                                     �A VBLON = 3.3V

                                                                                          �C

Over-Temperature Hysteresis                                        14                     �C

SHDN, ILIM Leakage Current                                         1     500              nA

SHDN, ILIM Input Threshold                              0.60 0.90 1.8                     V High to Low Transition
Voltage                                                 0.60 1.25 1.8                     V Low to High Transition

                    VIN                                                                                    BLOCK DIAGRAM

                                                                                                        PVIN

                    Internal        Min
                    Supply          TOFF

                                                   VIN

                                            Min
                                            TON

               REF            +

                                 C                                                                      M  1

                              -

                                      + REF/2                                                                 +
                                    C                                                                           C

                                       -                                                                      - overcurrent

VOUT                                                                                                      ILIM/M
     FB                                                                                                                                             LX

SHDN                                                    UVLO                                                  +
    ILIM                                                      TSD                                               C

  GND                                                                                                         -

                                    REF                                             Q              VIN                       PGND
                                    REF/2                                                     D

                Ref                 ILIM/M                                          Q
               Block                                                                    CLR
                                    VIN
                                                        REF  +
                                                               C
                                                                                                                             BLON
                                                             -
                                                                                    SHDN
                                                                   UVLO

Date: 5/25/04                               SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator        � Copyright 2004 Sipex Corporation

                                                                3
PIN DESCRIPTION

PIN NUMBER PIN NAME     DESCRIPTION

1                PV IN  Input voltage power pin. Inductor charging current passes
                        through this pin.
2                VIN
                        Internal supply voltage. Control circuitry powered from this
3                BLON   pin.

4                ILIM   Open drain battery low output. V below battery low thresh-
                                                                                                   IN
5                SHDN
                        old pulls this node to ground. VIN above threshold, this node
6                FB     is open.

7                VOUT   Inductor current limit programming pin. Tie pin to VIN for
                        0.95A peak inductor current limit. Tie pin to ground for 0.5A
8                GND    peak inductor current limit. TTL input threshold.

9              PGND     Shutdown control input. Tie to VIN for normal operation, tie to
                        ground for shutdown. TTL input threshold.
10               LX
                        External feedback network input connection. Connect a
                        resistor from FB to ground and FB to VOUT to control the
                        output voltage externally. This pin regulates to the internal
                        bandgap reference voltage of 1.25V. Tie FB to ground to use
                        the internal divider for a preset output voltage of 3.3V.

                        Output voltage sense pin. Used for internal feedback divider
                        and timing circuit.

                        Internal ground pin. Control circuitry returns current to this
                        pin.

                        Power ground pin. Synchronous rectifier current returns
                        through this pin.

                        Inductor switching node. Inductor tied between this pin and
                        the output capacitor to create regulated output voltage.

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                                            4
OPERATION                                            logic low, or the inductor current limit has been
The SP6650 is a synchronous buck regulator           reached.
with an input voltage range of +2.7V to +6.5V
and an output that is either preset to +3.3V, or     The discharge phase follows with the high side
adjustable between +1.25V and VIN. The SP6650        PMOS switch opening and the low side NMOS
features a unique on-time control loop that runs     switch closing to provide a discharge path for
in discontinuous conduction mode (DCM) or            the inductor current. The decreasing inductor
continuous conduction mode (CCM) using syn-          current and the load current cause the output
chronous rectification. Other features include       voltage to droop. Under normal load conditions
overtemperature shutdown, overcurrent protec-        when the inductor current is below the pro-
tion, undervoltage lockout, digitally controlled     grammed limit, the off-time will continue until
enable, a battery low indicator, and an external     the output voltage falls below the regulation
feedback pin.                                        threshold, which initiates a new charge cycle via
                                                     the loop comparator.
The SP6650 operates with a light load quiescent
current of 70�A using a 0.4 PMOS main                The inductor current "floats" in continuous con-
switch and a 0.3 NMOS auxiliary switch. It           duction mode. During this mode the inductor
operates with excellent efficiency across the        peak current is below the programmed limit and
entire load range, making it an ideal solution for   the valley current is above zero. This is to satisfy
battery powered applications and low current         load currents that are greater than half the mini-
step-down conversions. The part smoothly tran-       mum current ripple. The current ripple, ILR, is
sitions into a 100% duty cycle under heavy load/     defined by the equation:
low input voltage conditions.
                                                             ILR  KON * VIN-VOUT-IOUT*Rch
On-Time Control
The SP6650 uses a precision comparator and a                 L          VIN-VOUT
minimum on-time one-shot to regulate the out-
put voltage and control the inductor current         where:
under normal load conditions. As the feedback
node (negative terminal of the loop comparator)      L = Inductor value
drops below the reference, the loop comparator
output goes high and closes the main switch.              IOUT = Load current
The minimum on-time one shot is triggered,
setting a logic high for the duration defined by:         Rch = PMOS on resistance, 0.4 typ.

                   TON = KON                         If the IOUT*Rch term is negligible compared
                            VIN-VOUT                 with (VIN-VOUT), the above equation simplifies
                                                     to:
where:
                                                                        ILR  KON
     KON = 2.7�s*V constant                                                      L

     VIN = VIN pin voltage                           For most applications, the inductor current ripple
                                                     controlled by the SP6650 is constant regardless
     VOUT = VOUT pin voltage                         of input and output voltage. Because the output
                                                     voltage ripple is equal to:
The outputs of the loop comparator and the on-
time one shot are OR'd together, inverted, and               VOUT(ripple) = ILR*RESR
buffered to drive the gate of the high side PMOS
main switch. Increasing inductor current causes      where:
the output to increase through the ESR (equiva-
lent series resistance) of the output capacitor. As       RESR = ESR of the output capacitor
VOUT rises above the regulation threshold, the
loop comparator output resets low. Termination       the output ripple of the SP6650 regulator is
of the on cycle occurs when both the loop            independent of the input and output voltages.
comparator and the on-time one shot goes to          For battery powered applications, where the
                                                     battery voltage changes significantly, the SP6650
                                                     provides constant output voltage ripple through-
                                                     out the battery lifetime. This greatly simplifies
                                                     the LC filter design.

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                                   5
On-Time Control: continued                         RDS(ON) of the P-Channel MOSFET and RL is
                                                   the DC resistance of the inductor.
The maximum loop frequency in CCM is de-
fined by the equation:                             The on-time control circuit seamlessly operates
                                                   the converter between CCM, DCM, and low
FLP   (VIN-VOUT)*(VOUT+IOUT*Rdc)                   dropout modes without the need for compensa-
       KON*[VIN+IOUT*(Rdc-Rch)]                    tion. The converter's transient response is quick
                                                   since there is no compensated error amplifier in
where:                                             the loop.

  FLP = CCM loop frequency                         Inductor Over-Current Protection
                                                   The inductor over-current protection circuitry is
  Rdc = NMOS on resistance, 0.3typ.                programmed to limit the peak inductor current
                                                   to 950mA (pin 4 tied to VIN) or 500mA (pin 4 to
Ignoring conduction losses simplifies the loop     ground). This is done during the on-time by
frequency to                                       comparing the source to drain voltage drop of
                                                   the PMOS passing the inductor current with a
                    1 VOUT                         second voltage drop representing the maximum
          FLP = KON * VIN * (VIN-VOUT)             allowable inductor current. As the two voltages
                                                   become equal, the over-current comparator trig-
OR'ing the loop comparator and the on-time one     gers a minimum off-time one shot. The off-time
shot reduces the switching frequency for load      one shot forces the loop into the discharge phase
currents below half the inductor ripple current.   for a minimum time causing the inductor current
This increases light load efficiency. The mini-    to decrease.
mum on-time insures that the inductor current
ripple is a minimum of KON/L, more than the        At the end of the off-time loop, control is handed
load current demands. The converter goes in to     back to the OR'd on-time signal. If the output
a standard pulse frequency modulation (PFM)        voltage is still low, charging begins until the
mode where the switching frequency is propor-      output is in regulation or the current limit has
tional to the load current.                        been reached again. During startup and over-
                                                   load conditions, the converter behaves like a
Low Dropout and Load Transient                     current source at the programmed limit minus
Operation                                          half the current ripple. The minimum TOFF is
OR'ing the loop comparator also increases the      6�s (typ.) at VOUT = 0V and 2�s (typ.) for VOUT
duty ratio past the ideal D=VOUT/VIN up to and     greater than 1.5V.
including 100%. Under a light to heavy load
transient, the loop comparator will hold the       Under-Voltage Lockout
main switch on past the on-time one shot pulse     The SP6650 is equipped with under-voltage
until the output is brought back into regulation.  lockout to protect the input battery source from
Also, as the input voltage supply drops down       excessive currents when substantially dis-
close to the output voltage, the main MOSFET       charged. When the input supply is below the
resistance loss will dictate a much higher duty    UVLO threshold both power switches are open
ratio to regulate the output. Eventually as the    to prevent inductor current from flowing. The
input voltage drops low enough, the output         internal reference and regulator circuitry are
voltage will follow, causing the loop compara-     enabled drawing the 70�A light load quiescent
tor to hold the converter at 100% duty cycle.      current on pin 2. The rising input voltage UVLO
This mode is critical in extending battery life    threshold is +2.7V, with a typical hysteresis of
when the output voltage is at or above the         120mV to prevent chattering due to the imped-
minimum usable input voltage. The dropout          ance of the input source.
voltage is the minimum (VIN - VOUT) below
which the output regulation cannot be main-
tained. The dropout voltage of SP6650 is equal
to IL (0.4 + RL) where 0.4 is the typical

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Under-Current Detection                                Battery Low Indicator
The synchronous rectifier is comprised of the          The regulator bias voltage on pin 2 (VIN) is
inductor discharge switch, a voltage compara-          divided down and compared to the internal
tor, and a latch. During the off-time, positive        +1.25V reference voltage. When pin 2 voltage
inductor current flows into the PGND pin 9             drops below +3.00V, an open drain NMOS on
through the low side NMOS switch to LX pin             pin 3 (BLON) sinks current to ground. Tying a
10, through the inductor and the output capaci-        resistor from pin 3 to VIN or VOUT creates a logic
tor, and back to pin 9. The comparator monitors        level battery low indicator. A low bandwidth
the voltage drop across the discharge NMOS.            comparator and 2.9% hysteresis filter the input
As the inductor current approaches zero, the           voltage ripple to prevent noisy transitions at the
channel voltage sign goes from negative to             threshold.
positive, causing the comparator to trigger the
latch and open the switch to prevent inductor          External Feedback Pin
current reversal. This circuit along with the on-      The SP6650 comes with a factory preset output
time one shot puts the converter into PFM mode         voltage of +3.3V when pin 6 (FB) is grounded.
and improves light load efficiency when the            Otherwise, the output voltage can be externally
load current is less than half the inductor ripple     programmed within the range +1.25V to +5.0V
current defined by KON/L.                              by tying a resistor from FB to ground and FB to
                                                       VOUT (pin7). See the applications section for
Thermal Shutdown                                       resistor selection information.
The converter will open both power switches if
the die junction temperature rises above 140�C.
The die must cool down below 126�C before the
regulator is re-enabled. This feature protects the
SP6650 and surrounding circuitry from exces-
sive power dissipation due to fault conditions.

Shutdown/Enable Control
Pin 5 of the device is a logic level control pin that
shuts down the converter with a logic low, or
enables the converter with a logic high. When
the converter is shut down, the power switches
are opened and all circuit biasing is extinguished
leaving only junction leakage currents on sup-
ply pins 1 and 2. After pin 5 is brought high to
enable the converter, there is a turn on delay to
allow the regulator circuitry to re-establish it-
self. Power conversion begins with the assertion
of the internal reference ready signal which
occurs approximately 150�s after the enable
signal is received.

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TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

Efficiency (%)100                                                           VOUT            3.380
               95                                                                           3.370
               90                                        VIN = 3.0V                         3.360                       VIN = 3.67V
                                                         VIN = 4.2V                                                     VIN = 4.2V
               85                                        VIN = 5.0V                         3.350                       VIN = 5.0V
               80                                        VIN = 6.5V                         3.340                       VIN = 6.5V
               75                                                                           3.330
                                    10.0        100.0                600.0                  3.320      100 200          300           400       500        600
               70
               65                                                                                   0

                  1.0                                                                                                   ILOAD (mA)

                                          Iload (mA)

Figure 1. Efficiency vs. Output Current, VOUT = 3.3V,                       Figure           2.        Line/Load  Rejection,  V       =  3.3V,      L1  =  22�H
                                                                                                                                 OUT

L1  =           22�H       (Sumida  CDRH6D28),  I     =  V                  (Sumida CDRH6D28), I = V
                                                 LIM        IN                                                    LIM         IN

                200                                                                       100
                                                                                           95
                180                                                                        90
                160
                                                                                           85
                140                                                         Efficiency (%) 80
                                                                                           75
    IIN (�A)    120
                100                                                                        70
                                                                                           65
                80                                                                                                                         VIN = 3.0V
                                                                                              1.0
                60                                                                                                                         VIN = 3.6V
                                                                                                                                           VIN = 4.2V
                40                                                                                                                         VIN = 5.0V
                                                                                                                                           VIN = 6.5V
                20

                0

                3.0        4.0            5.0         6.0            7.0                                          10.0                100.0             600.0

                                          VIN                                                                           Iload (mA)

Figure 3. No Load Battery Current, VOUT = 3.3V,                             Figure 4. Efficiency vs. Output Current, V = 2.5V,
L1 = 22�H (Sumida CDRH6D28), ILIM = VIN                                                                                                                               OUT

                                                                            L1 = 22�H (Sumida CDRH6D28), ILIM = VIN

                2.495                                                                        200
                2.485
                2.475                                                                        180
                2.465                                                                        160

                2.455                                                                        140
                2.445
                                                                            IIN (�A)         120
                        0
VOUT                                                                                         100

                           VIN = 3.0V                                                        80
                           VIN = 3.6V
                           VIN = 4.2V                                                        60
                           VIN = 5.0V
                           VIN = 6.5V                                                        40

                           100 200                                                           20

                                          300   400             500  600                     0

                                          Iload (mA)                                         3.0       4.0              5.0                6.0             7.0

                                                                                                                        VIN

Figure 5. Line/Load Rejection, VOUT = 2.5V,                                 Figure 6. No Load Battery Current, V = 2.5V,
L1 = 22�H (Sumida CDRH6D28), ILIM = VIN                                                                                               OUT

                                                                            L1            =  22�H      (Sumida    CDRH6D28),      I      =   V
                                                                                                                                   LIM          IN

Date: 5/25/04                                         SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator           � Copyright 2004 Sipex Corporation

                                                                          8
TYPICAL PERFORMANCE CHARACTERISTICS

Efficiency (%)  100                                       VIN = 3.0V         VOUT        1.292      VIN = 3.0V
                 95                                                                      1.287
                 90                                       VIN = 3.6V                     1.282      VIN = 3.6V
                 85                                       VIN = 4.2V                     1.277      VIN = 4.2V
                 80                                       VIN = 5.0V                     1.272      VIN = 5.0V
                 75                                       VIN = 6.5V                     1.267      VIN = 6.5V
                 70
                 65              10.0              100.0              600.0                      0  100 200           300        400       500     600

                 60
                 55
                 50

                   1.0

                                       Iload (mA)                                                                     Iload (mA)

Figure 7. Efficiency vs. Output Current, V = 1.25V,                          Figure           8.  Line/Load  Rejection,  V       =  1.25V,  L1  =  22�H
                                                             OUT                                                            OUT

L1  =           22�H    (Sumida  CDRH6D28),        I      =  V               (Sumida CDRH6D28), I = V
                                                     LIM        IN                                               LIM     IN

                200                                                                      100
                                                                                          90
                180                                                                       80
                160

                140                                                          IQ OP (�A)  70

IIN (�A)        120                                                                      60
                100
                                                                                         50                                           IIN

                80                                                                       40                                           IOUT

                60                                                                       30

                40                                                                       20

                20                                                                       10
                                                                                          0
                0                                                                           -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

                3.0     4.0            5.0                6.0         7.0

                                       VIN                                                                   Temperature (�C)

Figure 9. No Load Battery Current, VOUT = 1.25V,                             Figure 10. Quiescent Current vs. Temperature.
L1 = 22�H (Sumida CDRH6D28), ILIM = VIN
                                                                             V = 3.6V, SHDN = V (Enabled)
                                                                             IN                              IN

                50

                40      IIN

IQ sd (nA)              IOUT

                30

                20

                10

                 0
                  -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

                                      Temperature (�C)

Figure 11. Quiescent Current vs. Temperature.                                Figure 12. Load Step Transient Response, V = 2.5V,
VIN = 3.6V, SHDN = GND (Shutdown)                                                                                                                                          OUT

                                                                             10mA to 500mA. L1 = 22�H (Sumida CDRH6D28),

                                                                             ILIM = VIN

Date: 5/25/04                                             SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator     � Copyright 2004 Sipex Corporation

                                                                              9
Figure 13. Load Step Transient Response, VOUT = 2.5V,  Figure 14. Low ILIM Startup, VIN = 4.2V, VOUT = 3.3V. ILIM
500mA to 10mA. L1 = 22�H (Sumida CDRH6D28),            tied to GND, Internal Feedback RLOAD = 33.

ILIM = VIN

Figure 15. Dead Short. VIN = 5.0V, ILIM tied to GND.
Start IOUT = 37mA, VOUT = 3.3V. Finish IOUT = 500mA,
VOUT = 20mV.

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                                   10
APPLICATION INFORMATION

External Component Selection                        All components recommended for typical de-
                                                    signs like those shown in the applications sche-
Inductor                                            matics are given in Table 1.
According to the pulse frequency modulation
(PFM) algorithm, the peak to peak output ripple     Input and Output Capacitors
current can be calculated as:                       Output capacitor is often selected based on the
                                                    requirement on the output ripple voltage. In a
               ILR    KON                           Buck regulator, the output ripple is determined
                       L                            by ESR (equivalent series resistor) of the output
                                                    capacitors and inductor ripple current
KON = 2.7�s*V is a constant for SP6650 and is
set by the parameters of the internal ON-time                        VOR = ESR * ILR,
calculation circuitry. For the recommended 22�H
inductor, typical ripple currents are ILR = 123mA   where VOR = peak to peak output ripple voltage.
in discontinuous conduction mode (DCM) op-
eration. During continuous conduction mode,         SP6650's adaptive on-time scheme provides a
the speed of the loop comparator determines the     constant inductor ripple that is independent of
current ripple. It is approximately equal to 200mA  input voltages and thus makes it easier to select
with a 22�H inductor.                               the output capacitor. In many power supply
                                                    designs, the ripple voltage needs to be less than
The value of the inductor is chosen based on the    3% of the DC output voltage. Using low ESR
constant KON and acceptable current ripple. Two     tantalum or electrolytic capacitors to reduce the
additional inductor parameters are important: its   output ripple.
current rating and its DC resistance.
                                                    Due to the nature of the PFM control, certain
When the current through the inductor reaches       output ripple is required for stable operation.
the level of Isat, inductance drops down to 70%     The loop comparator requires minimum of 15mV
from the nominal. This non-linear change can        ripple on the FB pin to reliably toggle the com-
cause stability problems or excessive fluctuation   parator output. That translates to an output ripple
in current ripple. To avoid this, the inductor      of
should be chosen with saturation current at least
equal to the maximum output current of the          VOR(MIN)                        =  15mV * VOUT
converter plus half of the ripple. To provide the                                          VREF
best converter performance in dynamic condi-
tions such as start-up and load transients, induc-  where VREF = 1.25V is the internal reference
tors with saturation current close to the chosen    voltage.
ILIM are recommended.
                                                    To reduce the output ripple and improve stabil-
The second important inductor parameter, DC         ity, a small capacitor can be paralleled with the
resistance, directly defines the efficiency of the  feedback voltage divider as shown on page 1.
converter, therefore, the inductor should be cho-   This capacitor forms a high pass filter with
sen with the minimum possible DC resistance         feedback resistor to increase the ripple voltage
for a particular design. Recommended types of       seen by the FB pin. The value of the capacitor
the inductors for different applications are given  should be in the range of 100pF to 500pF.
in Table 1. Preferred inductors for on board        Although the 3.3V output can be programmed
power supplies with the SP6650 converter are        simply by connecting the FB pin to the ground,
shielded inductors to minimize radiated mag-        using this external feedback scheme can signifi-
netic fields emissions.                             cantly reduce the output ripple. For output ripple
                                                    less than 15mV, for instance when ceramic
                                                    capacitors are used, an artificial ramp can be
                                                    generated and superimposed onto the output.

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                                              11
APPLICATION INFORMATION                             Output Voltage Program
                                                    The output voltage can be programmed by the
The schematic and description is shown in Ad-       external voltage divider as shown on page 1.
ditional Application Circuits.                      First pick a resistor value less than 100k for R3.
                                                    A large R3 value would reduce the AC voltage
Another function of the output capacitor is to      seen by the loop comparator because the FB pin
hold up the output voltage during the load tran-    capacitance (can be as high as 10pF) can form a
sient, and thus prevent excessive overshoot and     low pass filter with R3 paralleling with R2. Lack
undershoot. For that, the recommended capaci-       of AC voltage to the loop comparator would
tor value is greater than 22uF.                     give rise to pulse jittering and higher output
                                                    ripple. Once the R3 value is picked, R2 can be
An input capacitor can reduce the peak current      calculated from
drawn from the battery, improve efficiency, and
significantly reduce high frequency noises in-             ( ) VOUT
duced by a switching power supply. The appli-
cable capacitors are tantalum, electrolytic and                    R2 = VREF - 1 R3
ceramic capacitors. An RC filter is recommended
on the Vin pin (pin 2) to effectively cut down the
noise which can impact the IC control circuit.
The time constant of the RC filter needs to be at
least 5 times higher than the switching period,
calculated as 1/FLP during CCM.

TABLE 1.

DESIGNATION DESCRIPTION                MANUFACTURER PART NUMBER                        COMMENTS

               22�H/0.77Arms/0.104DCR  TDK           SLF7030T-220MR86 SHIELDED
                                       MURATA
INDUCTOR       22�H/1.1Arms/0.071DCR   SUMIDA        LQS66C220M04
                                       MURATA
L1             22�H/0.095DCR           SUMIDA        CDRH6D28                          SHIELDED
                                       NEMCO
               47�H/0.76Arms/0.15DCR   AVX           LQS66C470M04                      SHIELDED
                                       AVX
               47�H/0.72Arms/0.37DCR   AVX           CR54

C2, C3         47�F/350m/500mA                       LSR47/10C-350

INPUT, OUTPUT 47�F/350m/500mA                        TPSC476010R0350

FILTER         33�F/375m/542mA                       TPSC336010R0375

CAPACITORS 22�F/700m/348mA                           TPSB226010R0700

R2,R3          100K/63mW/1%Tolerance                                                   Any Package:
R1                                                                                     0402,0505,0603 etc.
               10/63mW/5%Tolerance     Any approved

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                                                  12
ADDITIONAL APPLICATION CIRCUITS

Vin 2.7-6.5 VDC

                            CIN
                            47�F

  RB                  RVIN                       �                L1 22�H
100k                  10.0
                                                   LX 10                Rf
                            1 PVIN                                    4.99k                   3.3V/600mA

                            2 VIN                PGND 9                               Cf       COUT
                                                                                     33nF      47�F

                            3        SP6650         8
                               BLON U1 GND

               CVIN         4 ILIM               VOUT 7
               1.0�F
                                                                                     R2
                            5 SHDN                  FB 6                             160k

                                                                                     R3
                                                                                     100k

Figure 16. Additional Application Circuit with Low Output Ripple

The additional Rf/Cf network used in Figure 16      pin. Oversized ripple would compromise the
generates an artificial ramp from the LX pin        load regulation and also cause oscillation during
voltage and superimposes it to the feedback pin.    load transient. Load transient response and out-
As a result, the internal loop comparator doesn't   put ripples from Figure 16 circuit are shown in
have to rely on output ripple to run PFM. Now       Figure 17 and Figure 18, respectively. The added
low ESR output capacitors, such as ceramic          ripple voltage can be calculated from
capacitors, can be used, and the output ripple can
be reduced by two to three times. For the best                               V       =  KON
result, size the Cf and Rf values so the network                                        RfCf
would introduce 10 to 30mV ripples to the FB

Figure 17. VOUT transient response from 50mA to           Figure 18. Output ripple CH1-output ripple. VIN = 5,
500mA load step. CH1- VOUT, CH4 - ILOAD                   VOUT = 3.3V, ILOAD = 600mA

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                                               13
ADDITIONAL APPLICATION CIRCUITS: continued

SP6650 can also be configured with few external                       result, the Schottky D2 is forward biased and
components to achieve buck-boost voltage con-                         conducts the inductor current to the output. Now
version. Efficiency of 75% to 87% can often be                        the inductor experiences a reversed voltage equal
obtained depending on the load current and output                     to Vout and its current ramps down linearly. As
voltage. Figure 19 and Figure 20 demonstrate two                      expressed in the Operation section under In-
typical applications in which the USB input is                        ductor Over-Current Protection, a minimum
converted to a 12V and a well regulated 5V.                           TOFF timer is activated after the over-current
                                                                      comparator is triggered in the previous state.
The operation of the circuit is as follows. When                      Before Toff expires, the internal PMOS will not
the internal high side PMOS turns on, the LX pin                      turn on, and the inductor will not be recharged
swings to the input voltage which turns on the                        even when the output voltage drops below the
external NMOS Q1. A voltage equal to Vin is                           regulation voltage. This reduces the maximum
then applied to the inductor to cause the inductor                    load current that can be delivered by this circuit.
current rise linearly. Since there's no current                       Since TOFF is reverse proportional to the VOUT
delivered to the output, the output capacitor is                      pin voltage, the VOUT pin is pulled up using a
discharged by the load current. Therefore, the                        voltage divider tying to the input voltage. As a
internal PMOS can be only turned off by the                           result, a 5V to 12V conversion can provide
over-current comparator since the loop com-                           maximum 120mA load. This buck-boost circuit
parator would never toggle during this state.                         can regulate an output voltage higher, lower or
When the internal PMOS is open, the internal                          equal to the input voltage.
low side NMOS is turned on. This pulls the LX
pin to the ground and turns off the Q1. As a

VIN 4.5-6.5 VDC                    CIN
        R1 RVIN RB               47�F

     11.3k 5.0 100k                                          �               L3          D1           12V/150mA
                                                                            47�H   MBR0530TI
                                                               LX 10                                    COUT1
                                           1 PVIN                                                       100�F/16V

                                           2 VIN   PGND 9

                  R2                       3         SP6650  GND  8                              R2
               4.02k                           BLON U1
                                                                                   Q1            86k

                       CVIN                4 ILIM            VOUT 7                FDS637AN
                      1.0�F
                                           5 SHDN
                                                             FB 6

                                                                                                 R3
                                                                                                 10k

Figure 19. Additional Application Circuit: VIN = 5.0V, VOUT = 12V, and Max ILOAD = 150mA.

VIN 4.5-6.5 VDC

                  R1               CIN                                            D1
               11.3k             47�F                                       MBR0530T1

                      RVIN RB           1 PVIN     �                   L1                                    5V/250mA
                      10.0 100k                                       47�H
                                                     LX 10

                                        2 VIN      PGND 9

                  R2                    3        SP6650      8                         R2
               4.02k                       BLON U1 GND                                 30.9k
                                                                            Q1
                       CVIN             4 ILIM     VOUT 7                   FDS637AN
                      4.7�F
                                        5 SHDN
                                                   FB 6                                               COUT1  COUT2
                                                                                                      47�F   47�F

                                                                            Cf2        R3
                                                                            470pF      10.2k

Figure 20. Additional Application Circuit: VIN= 5.0V, VOUT = 5.0V, ILOAD = 250mA.

Date: 5/25/04                           SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator  � Copyright 2004 Sipex Corporation

                                                                14
Layout Considerations                                           Power loops on the input and output of the
Proper layout is a very important part of the on-               converter should be laid out with the shortest and
board power supply, affecting normal function-                  widest traces possible. The longer and narrower
ality of the DC-DC converter itself and EMI.                    the trace, the higher the resistance and induc-
Because of the high frequency switching of the                  tance it will have. The AC current in long traces
converter, the traces that couple an electric field             radiates EMI noise affecting the sensitive cir-
can conduct currents under the AC voltages                      cuits. The length of traces in series with the
across the parasitic capacitance. Magnetic field                capacitors increases its ESR and ESL and reduc-
coupling traces can induce currents like trans-                 ing their effectiveness at high frequencies. There-
formers.                                                        fore put the input capacitor as close to the appropri-
To avoid an excessive interference between the                  ate pins of the converter as possible and output
converter and the other active components on the                capacitor close to the inductor.
board, some rules should be followed.                           The external voltage feed back network should
Avoid injecting noise into the sensitive part of                be placed very close to the FB pin as well as
the circuit via the GND Plane. Input and output                 bypass capacitor C4. Any noise traces like the Lx
capacitors conduct the current through the GND                  pin should be kept away from the voltage feed
Plane and high frequency components of the                      back network and separated from it by using
current can degrade the sensitive circuitry. Sepa-              power ground copper to minimize EMI.
rate the power and signal grounds and connect
them at one point to minimize the noise injected
from the power ground to the signal ground.
"Star" connection of the ground traces is shown
on Figure 26, where GND is the minus pole of the
output capacitor.

                               2.7 - 6.5V DC

                                              SP6650                               L1
                                                                                 22�H
               3               1                      LX 10
                                    PVIN                                        C4
                                                                             470pF
                               2 VIN                PGND 9

               100k   R1       3 BLON               GND 8
                     10

                                          4   ILIM           7                                   2.5V
                                               SDN  VOUT
                     1                    5          FB 6                               R2
                               +                                                        100k
                           C1
                         1�F     C2
                                 47�F

                                                                                              +  C3
                                                                                                 47�F
                                                                                        R3
                                                                                        100k

                                                                GND_ SIGNAL

Figure 21. Application circuit with highlighted power traces.

Date: 5/25/04                  SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator  � Copyright 2004 Sipex Corporation

                                                  15
                                                 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

Date: 5/25/04                       SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator  � Copyright 2004 Sipex Corporation

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                                                     ORDERING INFORMATION

Part Number                       Temperature Range                                        Package Type

SP6650EU .............................................. -40�C to +85�C ........................................ 10-pin MSOP
SP6650EU/TR ........................................ -40�C to +85�C ........................................ 10-pin MSOP

Available in lead free packaging. To order add "-L" suffix to part number.
Example: SP6650EU/TR = standard; SP6650EU-L/TR = lead free
/TR = Tape and Reel
Pack quantity is 2500 for MSOP.

                     Corporation

ANALOG EXCELLENCE

Sipex Corporation

Headquarters
S233 South Hillview Drive
Milpitas, CA 95035
TEL: (408) 934-7500
FAX: (408) 935-7600

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.

Date: 5/25/04                     SP6650 High Efficiency 600mA Synchronous Buck Regulator  � Copyright 2004 Sipex Corporation

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