製品速報 最終電気的仕様 LTC3251 500mA、高効率、低ノイズ、 インダクタ不要の降圧DC/DCコンバータ 2002年8月 特長 概要 ■ LTC®3251は、2.7V∼5.5Vの入力から安定化出力を生成 する2フェーズ・チャージポンプ降圧DC/DCコンバータ です。このデバイスは、スイッチト・キャパシタによる フラクショナル・コンバージョンを使用して、リニア・ レギュレータよりも50%高い標準効率を達成し、インダ クタは不要です。最大500mAの負荷電流で0.9V∼1.6Vの VOUTを抵抗によってプログラム可能です。 ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ 出力電流：500mA インダクタ不要 入力電圧範囲：2.7V∼5.5V LDOより50%高い標準効率 2フェーズ・スプレッドスペクトラム動作により、入 出力ノイズを低減 シャットダウン時にVINから負荷を切断 調整可能な出力電圧範囲：0.9V∼1.6V スーパーバースト、バースト、バースト無効動作 低い動作電流：IIN = 35µA（バースト・モード®動作） スーパーバースト動作電流：IIN = 8µA 低いシャットダウン電流:IIN = 0.01µA（標準） ソフトスタートによりターンオン時の突入電流を制限 短絡および熱保護機能 熱特性の改善された10ピンMSOPパッケージで供給 LTC3251は動作電流が低く（バースト・モード動作時に 35µA、スーパーバースト・モード動作時に8µA）、外付 け部品数が少ない（5個の小型セラミック・コンデンサと 2個の抵抗）ので、スペースが制限されたバッテリ駆動ア プリケーションに最適です。このデバイスは 短絡およ び熱保護機能を搭載し、熱特性が改善された 10ピン MSOPパッケージで供給されます。 アプリケーション ■ ■ ■ ■ 独自の2フェーズ・スプレッドスペクトラム・アーキテ クチャにより、低ノイズの安定化出力を供給するととも に、入力ノイズを低減できます。このデバイスは、連続 スプレッドスペクトラム、バースト・モード動作付きス プレッドスペクトラム、スーパーバースト TMモード動 作、シャットダウンという4つの動作モードを備えてい ます。 ハンドヘルド・コンピュータ 携帯電話 携帯用電子機器 DSP電源 、LTC、LTはリニアテクノロジー社の登録商標です。 Burst Modeはリニアテクノロジー社の登録商標です。 Super Burstはリニアテクノロジー社の商標です。 標準的応用例 1.5V効率と入力電圧 （バースト・モード動作） 100 スプレッドスペクトラム降圧コンバータ IOUT = 250mA 90 OFF ON LTC3251 7 VIN VOUT 8 3 C2+ C1+ 1µF 4 6 1µF C2– C1– 10 5 GND FB VOUT = 1.5V 500mA 2 1µF 10µF 5pF 475k EFFICIENCY (%) 1 9 MD0 MD1 1-CELL Li-Ion OR 3-CELL NiMH LTC3251 80 70 60 50 LDO 40 30 20 536k 3251 TA01 10 0 3 3.5 4.5 4 INPUT VOLTAGE (V) 5 5.5 3251 TA02 3251i リニアテクノロジー・コーポレーションがここで提供する情報は正確かつ信頼できるものと考えておりますが、 その使用に関する責務は一切 負いません。 また、 ここに記載された回路結線と既存特許とのいかなる関連についても一切関知いたしません。 なお、 日本語の資料はあくまで も参考資料です。 訂正、 変更、 改版に追従していない場合があります。 最終的な確認は必ず最新の英語版データシートでお願いいたします。 1 LTC3251 絶対最大定格 パッケージ/発注情報 (Note 1) TOP VIEW VINからGND ................................................. −0.3V∼6V MD0、MD1およびFBからGND ..... −0.3V∼(VIN＋0.3V) IOUT (Note 2) ......................................................... 650mA 動作温度範囲 (Note 3) .............................. −40℃∼85℃ 保存温度範囲 .......................................... −65℃∼150℃ リード温度 (半田付け、10秒) ................................ 300℃ MD0 VIN C1 + C1– GND 10 9 8 7 6 1 2 3 4 5 FB MD1 C2+ VOUT C2– MSE PACKAGE 10-LEAD PLASTIC MSOP ORDER PART NUMBER LTC3251EMSE MSE PART MARKING EXPOSED PAD IS GROUND (MUST BE SOLDERED TO PCB) TJMAX = 125°C, θJA = 40°C/W LTB4 より広い動作温度範囲で規定されるデバイスについては、弊社へお問い合わせ ください。 電気的特性 ●は全動作温度範囲の規格値を意味する。それ以外はTA＝25℃での値。注記がない限り、VIN = 3.6V、VOUT = 1.5V、C1 = C2 = 1µF、 CIN = 1µF、COUT = 10µF、すべてセラミック・コンデンサ。 SYMBOL PARAMETER VIN Minimum Operating Voltage CONDITIONS MIN (Note 4) ● VIN Maximum Operating Voltage IFB TYP MAX 2.7 UNITS V 5.5 ● V VIN Continuous Mode Operating Current IOUT = 0mA, VMD0 = 0, VMD1 = VIN ● 3 5 mA VIN Burst Mode Operating Current IOUT = 0mA, VMD0 = VIN, VMD1 = 0 ● 35 60 µA VIN Super Burst Mode Operating Current IOUT = 0mA, VMD0 = VIN, VMD1 = VIN ● 8 15 µA VIN Shutdown Current VMD0 = 0V, VMD1 = 0V ● 0.01 1 µA VFB Regulation Voltage IOUT = 0mA, 2.7V ≤ VIN ≤ 5.5V ● 0.8 0.82 V IOUT Continuous Output Current VMD0 = 0, VMD1 = VIN or VMD0 = VIN, VMD1 = 0 ● 500 mA IOUT Super Burst Output Current VMD0 = VIN, VMD1 = VIN ● Load Regulation (Referred to FB Pin) 0mA ≤ IOUT ≤ 500mA 0.045 Line Regulation (Referred to FB Pin) 0mA ≤ IOUT ≤ 500mA 0.2 FB Input Current VFB = 0.85V VR Output Ripple IOUT = 500mA Spread Spectrum Frequency Range fMIN Switching Frequency fMAX Switching Frequency ● ● ● 0.78 40 –50 %/V 50 12 0.8 mA mV/mA nA mVP-P 1.0 1.6 2 0.8 1.2 MHz MHZ VIH MD0, MD1 Input High Voltage 2.7V ≤ VIN ≤ 5.5V ● VIL MD0, MD1 Input Low Voltage 2.7V ≤ VIN ≤ 5.5V ● 0.4 IIH MD0, MD1 Input High Current MD0 = VIN, MD1 = VIN ● –1 1 µA IIL MD0, MD1 Input Low Current MD0 = 0V, MD1 = 0V ● –1 1 µA tON Turn-On Time ROUT = 3Ω, Burst or Continuous Mode Operation ROL Open-Loop Output Impedance VIN = 3V, IOUT = 200mA (Note 5) Note 1: 絶対最大定格はそれを超えるとデバイスの寿命に影響を及ぼす値。 Note 2: 長期電流密度制限に基づく。 0.8 V 1 ● 0.45 V ms 0.7 Ω Note 3: LTC3251Eは0℃∼70℃の温度範囲で規定された性能仕様に適合するこ とが保証されている。−40℃∼85℃の動作温度範囲での仕様は設計、特性評価 および統計学的なプロセス・コントロールとの相関で確認されている。 Note 4: 安定化に必要な最小動作電圧は次のとおりである。 VIN ≥ 2 • (VOUT + ROL • IOUT) Note 5: 出力は安定化されていない。VFB = 0.76V, ROL = (VIN /2 - VOUT)/IOUT. 3251i 2 LTC3251 標準的性能特性 無負荷電源電流と電源電圧 （バースト・モード動作） 無負荷電源電流と電源電圧 （連続モード） 50 7 –40°C 25°C 85°C 6 20 18 45 5 16 85°C 14 25°C 12 4 3 IIN (µA) 40 IIN (µA) IIN (mA) 無負荷電源電流と電源電圧 （スーパーバースト・モード動作） 35 –40°C 30 –40°C 4 25 2 0 2.7 3.2 3.7 4.2 VIN (V) 4.7 20 2.7 5.2 3.2 4.2 VIN (V) 3.7 4.7 0 2.7 5.2 3251 G01 3251 G02 1.5V出力電圧と電源電圧（バース ト・モード動作/連続モード） 1.2V出力電圧と電源電圧（バース ト・モード動作/連続モード） 1.300 TA = 25°C 1.58 1.280 1.56 1.260 1.54 1.240 VOUT (V) IOUT = 0mA 1.52 IOUT = 250mA 1.50 1.48 IOUT = 500mA 1.60 TA = 25°C IOUT = 0mA 1.200 1.180 IOUT = 500mA 1.52 1.50 1.48 1.140 1.44 1.120 1.42 1.40 1.100 2.7 5 5.5 3.2 3.7 4.2 VIN (V) 4.7 3251 G04 1.40 5.2 EFFICIENCY (%) VFB (V) 70 200 300 400 IOUT (mA) 500 600 3251 G07 4.5 VIN (V) 5 60 VIN = 5V 50 40 70 20 10 1 10 IOUT (mA) 0 100 1000 VIN = 5V 40 20 MD0 = VIN, MD1 = 0V VIN = 4V 50 30 0.1 VIN = 3.6V VIN = 3.3V 60 30 0 5.5 80 VIN = 4V 10 100 90 VIN = 3.6V EFFICIENCY (%) VIN = 3.3V 80 0 4 100 90 0.800 0.785 3.5 1.5V出力効率と出力電流 （スーパーバースト・モード動作） 100 VOUT = 1.5V 0.790 3 3251 G06 1.5V出力効率と出力電流 （バースト・モード動作） 0.805 0.780 1.46 3251 G05 FB電圧と出力電流（バースト・ モード動作/連続モード） 0.795 0mA 10mA 40mA 1.54 IOUT = 250mA 1.220 1.42 4.5 VIN (V) 5.2 1.56 1.44 4 4.7 TA = 25°C 1.58 1.160 3.5 4.2 VIN (V) 3.7 1.5V出力電圧と電源電圧 （スーパーバースト・モード動作） 1.46 3 3.2 3251 G02 VOUT (V) 1.60 VOUT (V) 25°C 8 6 2 1 85°C 10 0.1 MD0 = MD1 = VIN 10 1 100 IOUT (mA) 3251 G08 3251 G09 3251i 3 LTC3251 標準的性能特性 最大/最小発振器周波数と 電源電圧 MD0/MD1入力スレッショルド 電圧と電源電圧 2.0 1.2 1.9 1.8 –40°C 0.9 25°C 0.8 85°C 0.7 25°C MAX 1.6 85°C MAX 1.5 1.4 1.3 1.2 25°C MIN 1.1 0.6 –40°C MIN 1.0 0.5 0.4 2.7 –40°C MAX 1.7 1.0 FREQUENCY (MHz) MD0/MD1 THRESHOLD (V) 1.1 85°C MIN 0.9 0.8 3.2 3.7 4.2 VIN (V) 4.7 5.2 2.7 3.2 3.7 4.2 VIN (V) IOUT 出力過渡応答 （バースト・モード動作） 450mA IOUT 電源過渡応答（連続モード） 450mA VIN 4.5V 50mA 50mA 3.5V VOUT 20mV/DIV (AC) VOUT 20mV/DIV (AC) VOUT 20mV/DIV (AC) TA = 25°C 10µs/DIV COUT = 10µF X5R 6.3V VOUT = 1.5V 3251 G13 5.2 3251 G11 3251 G10 出力過渡応答（連続モード） 4.7 TA = 25°C 10µs/DIV COUT = 10µF X5R 6.3V VOUT = 1.5V 3251 G14 TA = 25°C 20µs/DIV COUT = 10µF X5R 6.3V IOUT = 250mA VOUT = 1.5V 3251 G15 ピン機能 MD0 (ピン1)/MD1 (ピン9)：モード入力ピン。モード入 力ピンはLTC3251の動作モードを設定するのに使いま す。動作モードは次のとおりです。 動作モード MD1 MD0 0 0 シャットダウン 0 1 バースト付きスプレッドスペクトラム 1 0 連続スプレッドスペクトラム 1 1 スーパーバースト MD0とMD1は高インピーダンスのCMOS入力なので、 決してフロートさせてはいけません。 VIN (ピン2)：入力電源電圧。動作時のVINの範囲は2.7V ∼5.5Vが可能です。VINは1µF以上の低ESRセラミック・ コンデンサを使ってGND(COUT)にバイパスします。 C1＋ (ピン3)：フライング・コンデンサ1の正端子(C1)。 C1− (ピン4)：フライング・コンデンサ1の負端子(C1)。 GND (ピン5)：グランド。最高の性能を達成するには、 グランド・プレーンに接続します。 C2− (ピン6)：フライング・コンデンサ2の負端子(C2)。 3251i 4 LTC3251 ピン機能 C2＋ (ピン8)：フライング・コンデンサ2の正端子(C2)。 VOUT (ピン7)：安定化された出力電圧。シャットダウン 時にはVOUTはVINから切り離されます。VOUTは低ESRセ ラミック・コンデンサを使ってGND(CIN)にバイパスし ます。コンデンサのサイズの必要条件については「VOUT コンデンサの選択」のセクションを参照してください。 FB (ピン10)：帰還入力ピン。出力分割器をVOUTからFB に接続して出力電圧をプログラムします。 簡略ブロック図 1 9 MD0 MD1 OVERTEMP SWITCH CONTROL AND SOFT-START 2 SPREAD SPECTRUM OSCILLATOR CHARGE PUMP 1 VIN C1+ C1– VOUT CHARGE PUMP 2 C2+ C2– FB 3 4 7 8 6 10 – BURST DETECT CIRCUIT + GND 5 3251 BD 動作 （ブロック図を参照） LTC3251は 2フ ェ ー ズ ・ ス イ ッ チ ト ・ キ ャ パ シ タ ・ チャージポンプを使って、VINを安定化された出力電圧 に降圧します。外部抵抗分割器によって出力電圧を検出 し、誤差信号に基づいてチャージポンプの出力電流を変 調して安定化を達成します。2フェーズのオーバラップ しないクロックがチャージポンプのスイッチを駆動しま す。2つのチャージポンプが並行して動作しますが、お 互いに位相がずれています。クロックの第1フェーズで は、チャージポンプ1のスイッチを介して電流がVINから 外部のフライング・コンデンサ1を通ってVOUTに転送さ れます。第1フェーズには電流がVOUTに供給されるだけ でなく、フライング・コンデンサも充電されます。 3251i 5 LTC3251 動作 （ブロック図を参照） クロックの第2フェーズでは、フライング・コンデンサ1 がVOUTからグランドに接続され、クロックの第1フェー ズに蓄積された電荷をチャージポンプ1のスイッチを介 してVOUTに転送します。チャージポンプ2も同様に動作 しますが、クロックの位相が反転します。この2フェー ズ・アーキテクチャでは、VINからVOUTへの電荷の転送 を一定に保つことにより出力と入力のノイズを非常に低 く抑えることができます。 ソフト・スタート 起 動 時 に 過 度 の 電 流 が VINに 流 れ る の を 防 ぐ た め 、 LTC3251にはソフト・スタート回路が内蔵されていま す。ソフト・スタートは、出力電荷保存コンデンサに供 給する電流量を約500µsにわたって直線的に増加させる ことによって実現されます。デバイスがシャットダウン 状態から抜け出るといつでもソフト・スタートが有効に なり、レギュレーション状態になると無効になります。 このスイッチング方式を使うと、VINからは出力電流の 半分だけが供給されるので、従来のLDOに比べて効率 が50%向上します。1MHz∼1.6MHzのランダム・スイッ チング周波数を利用したスプレッドスペクトラム発振器 がフライング・コンデンサの充放電の速度を設定しま す。このデバイスは2種類の低電流バースト・モード動 作も備えており、軽負荷でも効率が向上します。 スプレッドスペクトラム動作 スイッチング・レギュレータは電磁干渉に敏感な環境で は特に問題になる可能性があります。スイッチング・レ ギュレータはサイクル毎の動作をベースにして電力を出 力に転送します。ほとんどの場合、動作周波数は固定さ れているか、あるいは出力負荷に基づいて一定になりま す。この変換方法では、動作周波数（基本周波数）および 動作周波数の倍数（高調波）の大きなノイズ成分が生じま す。従来の降圧スイッチング・コンバータを図1aに示し ます。図1の降圧コンバータの入力と出力のノイズ・ス ペ ク ト ル を 図 1bと 図 1cに 示 し ま す 。 た だ し 、 VIN = 3.6V、VOUT = 1.5V、IOUT = 500mAです。 シャットダウン・モードではすべての回路がターンオフ し、LTC3251にはVIN電源からの漏れ電流が流れるだけ です。さらに、VOUTがVINから切り離されます。MD0ピ ンとMD1ピンはCMOS入力で、スレッショルド電圧が約 0.8Vなので、低電圧ロジック・レベルを使ってレギュ レータを制御することができます。両方のモード・ピン をロジック"L"にすると、LTC3251はシャットダウン状 態になります。モード・ピンは高インピーダンスの CMOS入力なので、決してフロートさせないでくださ い。モード・ピンは常に有効なロジック・レベルでドラ イブします。 短絡/熱保護機能 LTC3251には過熱保護機能とともに短絡電流制限が内蔵 されています。短絡状態のあいだ、内部回路が自動的に 出力電流を約800mAに制限します。周囲温度が高くて、 あるいは内部電力消費によりチップが過度に自己発熱し （つまり出力の短絡）、接合部温度が約160℃を超える と、サーマル・シャットダウン回路がチャージポンプを シャットダウンします。接合部温度が約150℃まで下が ると、チャージポンプを再度イネーブルします。 LTC3251はオーバーストレス状態が解消するまで、ラッ チアップを生じたり損傷を受けたりすることなしに、 サーマル・シャットダウン状態への出入りを繰り返しま す。長期のオーバーストレス（IOUT > 650mAまたはTJ > 125℃）はデバイスの性能の劣化や寿命の短縮のおそれが あるので避けてください。 従来の降圧コンバータとは異なり、LTC3251の内部発振 器は周期がサイクル毎にランダムに変化しますが、 1MHz∼1.6MHzの間に固定されているクロック・パルス を発生するように設計されています。このため、周波数 範囲にわたってスイッチング・ノイズを分散してピー ク ・ ノ イ ズ を 大 き く 減 ら す 効 果 が あ り ま す 。 図 2aの LTC3251の入力と出力のノイズ・スペクトルを図2bと図 2cに示します。ただし、VIN = 3.6V、VOUT = 1.5V、IOUT = 500mAです。わずか1/2の出力容量でピーク出力ノイズ が大きく減少しており（>20dBm）、わずか1/10の入力容 量で入力高調波が実際上除去されていることに注意して ください。スプレッドスペクトラム動作は「連続」モード でだけ、またバースト・モード動作で約50mAより大き な出力電流の場合に使われます。 低電流のバースト・モード動作 低出力電流での効率を改善するため、LTC3251にはバー スト・モード動作が備わっています。出力電流センス機 能を使って、必要な出力電流が内部で設定されたスレッ ショルド（標準50mA）より下に下がるとそれを検出しま す。この状態が生じるとデバイスは内部発振器をシャッ トダウンして低電流動作状態に入ります。 3251i 6 LTC3251 動作 （ブロック図を参照） 4.7µH IN VIN 10nH* 10nH* SW VOUT 10µF 22µF IN VIN 1µF 1µF FB COMP GND *10nH = 1cm OF PCB TRACE 1µF –40 –40 –50 –50 –60 –70 C2 – GND 1µF *10nH = 1cm OF PCB TRACE 3251 F02a –60 –70 –80 –80 –90 –90 START FREQ: 100kHz RBW: 10kHz STOP FREQ: 30MHz START FREQ: 100kHz RBW: 10kHz STOP FREQ: 30MHz 3251 F02b 3251 F01b 図2b．10µF出力コンデンサを使った LTC3251の出力ノイズ・スペクトル (IO = 500mA) 図1b．22µF出力コンデンサを使った従来の降圧コ ンバータの出力ノイズ・スペクトル(IO = 500mA) –40 –40 –50 –50 NOISE (dBm) NOISE (dBm) C1– FB C2 + 1µF 図2a．LTC3251降圧コンバータ NOISE (dBm) NOISE (dBm) 図1a．従来の降圧スイッチング・コンバータ VOUT 10µF LTC3251 C1+ 3251 F01a OUT –60 –70 –80 –60 –70 –80 –90 –90 START FREQ: 100kHz RBW: 10kHz STOP FREQ: 30MHz 3251 F01c 図1c．10µF入力コンデンサを使った従来の 降圧コンバータの入力ノイズ・スペクトル (IO = 500mA) START FREQ: 100kHz RBW: 10kHz STOP FREQ: 30MHz 3251 F02c 図2c．1µF入力コンデンサを使った LTC3251の入力ノイズ・スペクトル (IO = 500mA) 出力電圧が十分下がって新たにバースト電流が必要にな るまで、LTC3251は低電流動作状態に留まります。出力 電流が50mAを超えるとLTC3251は連続モードで動作し ます。従来のチャージポンプではバースト電流が多くの 要因（電源、スイッチ強度、コンデンサの選択など）に依 存しますが、それとは異なり、LTC3251のバースト電流 はバースト・スレッショルドとヒステリシスによって設 定されます。つまり、バースト・モードのVOUTリップ ル電圧は固定され、10µFの出力コンデンサの場合標準 で15mVです。 回路とスイッチの大半がシャットダウンします。スー パーバースト・モード動作では、電荷の転送をイネーブ ル/ディスエーブルするのにFBピンに接続されている内 部ヒステリシス・コンパレータが使われます。コンパ レータのヒステリシスと出力に供給可能な電流量が制限 されて出力リップルを低く抑えます。スーパーバース ト・モード動作でのVOUTリップル電圧は、10µFの出力コ ンデンサを使ったとき標準で35mVです。LTC3251はスー パーバースト・モード動作で40mAの電流を供給すること ができますが、連続モードには切り替わりません。 超低電流のスーパーバースト・モード動作 低出力電流の条件に合わせて供給電流をさらに最適化す るため、LTC3251にはスーパーバースト・モード動作が 備わっています。このモードはバースト・モード動作に よく似ていますが、電源電流をさらに減らすために内部 VOUTコンデンサの選択 LTC3251と一緒に使われるコンデンサの種類と容量によ り、レギュレータ制御ループの安定性、出力リップル、 チャージポンプの強度など、いくつかの重要なパラメー タが決まります。 3251i 7 LTC3251 動作 （ブロック図を参照） LTC3251の2フェーズの性質によって出力ノイズが大幅 に減少しますが、完全に無くなるわけではありません。 残存する小さなリップルはCOUTの容量によって直接コ ントロールされます。COUTのサイズを大きくすると、 それに比例して出力リップルが小さくなります。COUT のESR（等価直列抵抗）は出力ノイズに支配的な影響を与 えます。クロックの位相間でLTC3251がスイッチングす るとき、すべてのスイッチがターンオフする時間があり ます。この「ブランキング時間」は出力にスパイクとして 現われ、出力電流とESR値の積の直接の関数です。出力 ノイズとリップルを減らすには、低ESR（< 0.08Ω）セラ ミック・コンデンサをCOUTに使用することを推奨しま す。タンタル・コンデンサとアルミ・コンデンサはESR が高いので推奨できません。 COUTの種類と値の両方がLTC3251の安定性に大きく影響 することがあります。ブロック図に示されているよう に、LTC3251は制御ループを使ってチャージポンプの強 度を調節して出力に必要な電流に適合させます。この ループの誤差信号は電荷保存用出力コンデンサに直接保 存されます。このように、この電荷保存用コンデンサは 制御ループの支配的ポールを形成するのにも寄与しま す。所期の出力電圧も安定性に影響を与えます。分割器 の比率（RA/RB）を下げると、それに応じて実効閉ループ 利得が増加するので、安定性のために大きな出力コンデ ンサが必要になります。最適過渡応答のための推奨出力 コンデンサを図3に示します。過度のリンギングや不安 定性を防ぐために、出力コンデンサの値は最小容量の線 よりも下にこないようにします。（「セラミック・コンデ ンサ選択のガイドライン」のセクションを参照してくだ さい。） 同 様 に 、 出 力 コ ン デ ン サ の ESRが 大 き す ぎ る と 、 LTC3251のループ安定性を低下させる傾向があります。 16 15 14 OPTIMUM CAPACITANCE 13 COUT (µF) 12 11 LTC3251の閉ループ出力インピーダンスはおよそ次のよ うになります。 RO = 0.045Ω • VOUT 0.8 V たとえば、出力が1.5Vにプログラムされていると、RO は0.085Ωとなり、500mAの負荷電流ステップに対して 40mVの出力変化が生じます。安定性と十分な負荷過渡 応答のため、出力コンデンサのESRが0.08Ω以下である ことが重要です。セラミック・コンデンサのESR特性は 通常非常に優れているので、基板を密にレイアウトすれ ば優れた安定性と過渡性能が得られます。 図4に示されているように、非常に小さな直列インダク タを通してLTC3251の出力にフィルタをかけることによ り、出力ノイズをさらに減らすことができます。10nH のインダクタにより、ブランキング時間によって生じる 高速の出力過渡が除去されます。幅が1mmで長さ約1cm （0.4インチ）のPC基板のトレースを使って、10nHのイン ダクタをPC基板上に作ることができます。 10nH VOUT LTC3251 GND VOUT 10µF 1µF 3251 F04 図4．10nHのインダクタを使った 出力ノイズのさらなる低減 VINコンデンサの選択 LTC3251には2フェーズ・アーキテクチャが採用されて いるので、従来のチャージポンプ・レギュレータに比べ て入力ノイズのフィルタ処理がはるかに簡単です。 LTC3251の入力電流は約IOUT/2で連続になります。VOUT のセクションで説明したブランキング時間も入力に影響 を与えます。このため、低ESRの1µF（最小0.4µF）以上の セラミック・コンデンサをCINに使用することを推奨し ます（「セラミック・コンデンサ選択のガイドライン」の セクションを参照）。 10 9 8 MINIMUM CAPACITANCE 7 6 5 4 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 VOUT (V) 1.4 1.5 1.6 3251 F03 図3 電源のインピーダンスが高い場合、大きな出力過渡によ り大きな入力過渡が生じる可能性があります。このよう な入力過渡は出力にフィードバックされ、出力過渡の回 復を遅らせ、オーバーシュートを大きくします。この影 響は一般にインピーダンスの低い電源を使用し、電源接 続を短くすることによって回避することができます。 3251i 8 LTC3251 動作 （ブロック図を参照） それができなければ、入力コンデンサには4.7µF以上の コンデンサを推奨します。アルミ・コンデンサとタンタ ル・コンデンサはESRが高いので推奨できません。 図5に示されているように、非常に小さな直列インダク タを通して入力にフィルタをかけることにより、入力ノ イズをさらに減らすことができます。10nHのインダク タにより、ブランキング時間によって生じる高速入力過 渡が除去されるので、入力電源に加わる負荷は一定に近 くなります。コストを下げるため、長さ約1cm（0.4イン チ）で幅1mmのPC基板のトレースを使って、10nHのイン ダクタをPC基板上に作ることができます。 VIN SUPPLY 10nH VIN 1µF LTC3251 ンデンサは電圧係数も非常に大きく、定格電圧が印加さ れると60%以上の容量を失うことがあります。したがっ て、異なったコンデンサを比較するとき、規定容量値を 検討するより、与えられたケース寸法に対して得られる 容量を比較する方が多くの場合妥当です。たとえば、定 格電圧および定格温度の全条件にわたって、0805ケース に入った、4.7µF、10VのY5Vセラミック・コンデンサ は、同じケースで供給される1µF、10VのX7Rよりも大 きな容量を与えるとはかぎりません。実際、バイアスと 温 度 の 全 範 囲 で は 、 1µF、 10Vの X5Rや X7Rの 方 が 4.7µF、10VのY5Vより大きな容量を与えます。全動作温 度および全バイアス電圧にわたって最小容量の条件を満 たすにはどの値のコンデンサが必要かを決定するには、 コンデンサの製造元のデータシートを調べる必要があり ます。 GND 3251 F05 図5．10nHのインダクタを使った 入力ノイズのさらなる低減 フライング・コンデンサの選択 注意：フライング・コンデンサの電圧はLTC3251の起 動時に反転することがあるので、フライング・コンデン サにはタンタルあるいはアルミのような有極性コンデン サは決して使わないでください。フライング・コンデン サには必ずセラミック・コンデンサを使ってください。 フライング・コンデンサによってチャージポンプの強度 が決まります。定格出力電流を達成するために、フライ ング・コンデンサは全温度範囲にわたり2Vのバイアス で少なくとも0.4µFの容量を保つ必要があります（「セラ ミック・コンデンサ選択のガイドライン」のセクション を参照）。アプリケーションが200mA以下の出力電流し か必要としない場合、フライング・コンデンサの最小値 は0.15µFまで減らすことができます。 セラミック・コンデンサ選択のガイドライン コンデンサは材質が異なると、温度や電圧が上がるにつ れて異なった率で容量を失います。たとえば、X5Rや X7Rの素材で作られたセラミック・コンデンサは−40℃ ∼85℃で容量のほとんどを維持しますが、Z5UやY5Vで 作られたコンデンサは同じ温度範囲でかなりの容量を失 います（標準で60%∼80%の低下）。Z5UおよびY5Vのコ セラミック・コンデンサの製造元とその連絡先を下に示 します。 AVX www.avxcorp.com Kemet www.kemet.com Murata www.murata.com Taiyo Yuden www.t-yuden.com Vishay www.vishay.com レイアウトの検討事項 LTC3251によって高いスイッチング周波数と過渡電流が 生じるので、最適性能を実現するには基板レイアウトに 注意が必要です。適正なグランド・プレーンを与え、す べてのコンデンサへの配線を短くすれば性能が向上し、 あらゆる条件で十分なレギュレーションが得られます。 図6に推奨レイアウト構成を示します。 RB VIN CI 1µF RA C1 1µF CA 5pF VOUT C2 1µF GND CO 10µF 3251 F06 図6．推奨レイアウト 3251i 9 LTC3251 動作 （ブロック図を参照） フライング・コンデンサのC1＋ ピンとC1− ピンおよび C2＋ピンとC2−ピンにはエッジ・レートの非常に高い波 形が現われます。これらのピンのdv/dtが大きいと隣接 するプリント配線との間にエネルギーの容量性結合を生 じることがあります。フライング・コンデンサが LTC3251の近くに配置されていないと（つまりループで 囲まれた面積が大きいと）、磁界が発生することもあり ます。容量性のエネルギー転移を防ぐには、ファラ デー・シールドを使うことができます。これは、敏感な ノードとLTC3251のピンの間に置かれた、接地されたプ リント配線です。高品質のACグランドを確保するに は、それをLTC3251まで連続して伸びた切れ目の無いグ ランド・プレーンに戻します。FBトレースをフライン グ・コンデンサのトレースから離すか、シールドしない と、性能が低下することがあります。 熱管理 接合部温度が約160℃を超えると、サーマル・シャット ダウン回路が自動的に出力を停止します。最大接合部温 度を下げるには、PC基板への十分な熱接続をおこなっ て く だ さ い 。 10ピ ン MSEパ ド ル を 直 接 グ ラ ン ド ・ プ レーンに接続し、PC基板の1層または複数の層でデバイ スの下に切れ目の無いグランド・プレーンを確保する と、パッケージとPC基板の熱抵抗を大幅に減らすこと ができます。この方法を用いると40℃/WのθJAを実現す ることができます。 電力効率 LTC3251の電力効率(η)は従来のリニア・レギュレータ に比べて約50%高くなります。こうなるのは、2:1の降 圧チャージポンプの入力電流は出力電流の約半分だから です。理想的な2:1の降圧チャージポンプの場合、電力 効率は次式で与えられます。 η≡ POUT VOUT • IOUT 2VOUT = = 1 PIN VIN VIN • IOUT 2 中程度の出力電力から高い出力電力では、LTC3251のス イッチング損失と消費電流は無視できるので、上式は有 効です。たとえば、VIN = 3.6V、IOUT = 200mAで VOUTを 1.5Vに安定化しているとき測定された効率は81%で、こ れは理論計算値83.3%によく合っています。 LTC3251の出力電圧のプログラミング（FBピン） LTC3251は外部抵抗分割器を使って任意の出力電圧にプ ログラムされます。必要な電圧分割器の接続法を図7に 示します。電圧分割器の比は次式で与えられます。 RA VOUT = –1 RB 0.8 V 電圧分割器の全抵抗の標準値は数kΩ∼1MΩの範囲にな ります。 必要な出力電圧を設定するとき、ユーザーはロード・レ ギュレーションについて配慮することができます。 LTC3251の閉ループ出力インピーダンスはおよそ次のよ うになります。 RO = 0.045Ω • VOUT 0.8 V 出力が1.5Vの場合、ROは0.085Ωとなり、500mAの負荷 電流ステップに対して40mVの出力変化が生じます。し たがって、ユーザーは無負荷の出力電圧を必要な値より わずかに高く設定して出力負荷条件に対して補償するこ ともできます。出力のレギュレーション電圧は0.9V∼ 1.6Vの範囲でプログラムすることができます。 LTC3251には2:1チャージポンプ・アーキテクチャが採 用されているので、利用可能な入力電圧の半分より大き な出力電圧を発生することはできません。レギュレー ションに必要な最小VIN電源は次式を使って求めること ができます。 VIN(MIN) ≤ 2 • (VOUT(MIN) + IOUT • ROL) 補償コンデンサ(CA)は値の大きな抵抗RAとRBおよびFB ピンの入力容量によって生じるポールを相殺するために 必要です。最善の結果を得るには、10kを超すRAとRBに 対してはCAを5pFとしますが、RAとRBの両方が10kより 小さい場合は省くことができます。 VOUT LTC3251 CA RA COUT FB VOUT R 0.8V 1 + A RB ( ) RB GND 3251 F07 図7．LTC3251のプログラミング 3251i 10 LTC3251 標準的応用例 0.9V出力の連続/バースト・モード動作、シャットダウン付き OFF ON 1 9 MD0 MD1 VOUT = 0.9V 500mA LTC3251 7 VOUT VIN 3 8 C2+ C1+ 1µF 4 6 1µF C2– C1– 5 10 GND FB 2 1-CELL Li-Ion OR 3-CELL NiMH 1µF 4.7µF 10µF 5pF 73.2k 536k 3251 TA05 パッケージ寸法 MSEパッケージ 10ピン・プラスチックMSOP (Reference LTC DWG # 05-08-1663) BOTTOM VIEW OF 露出パッド・オプションの底面 EXPOSED PAD OPTION 2.794 ± 0.102 (.110 ± .004) 5.23 (.206) MIN 0.889 ± 0.127 (.035 ± .005) 1 2.06 ± 0.102 (.081 ± .004) 1.83 ± 0.102 (.072 ± .004) 2.083 ± 0.102 3.2 – 3.45 (.082 ± .004) (.126 – .136) 10 0.50 0.305 ± 0.038 (.0197) (.0120 ± .0015) BSC TYP RECOMMENDED SOLDER PAD LAYOUT 3.00 ± 0.102 (.118 ± .004) (NOTE 3) 10 9 8 7 6 3.00 ± 0.102 (.118 ± .004) NOTE 4 4.88 ± 0.10 (.192 ± .004) 0.254 (.010) DETAIL “A” 0° – 6° TYP 1 2 3 4 5 GAUGE PLANE 0.53 ± 0.01 (.021 ± .006) DETAIL “A” 0.18 (.007) 0.497 ± 0.076 (.0196 ± .003) REF SEATING PLANE 0.86 (.034) REF 1.10 (.043) MAX 0.17 – 0.27 (.007 – .011) 0.50 (.0197) TYP 0.13 ± 0.05 (.005 ± .002) MSOP (MSE) 1001 NOTE: NOTE： 1. DIMENSIONS IN MILLIMETER/(INCH) 1. 寸法はミリメートル/ （インチ） 2. DRAWING NOT TO SCALE 2. 図は実寸とは異なる 3. DIMENSION DOES NOT INCLUDE MOLD FLASH, PROTRUSIONS OR GATE BURRS. 3. 寸法にはモールドのバリ、突出部、またはゲートのバリを含まない。モールドのバリ、 MOLD FLASH, PROTRUSIONS OR GATE BURRS SHALL NOT EXCEED 0.152mm (.006") PER SIDE 突出部、またはゲートのバリは、各サイドで0.152mm （0.006"） を超えないこと 4. DIMENSION DOES NOT INCLUDE INTERLEAD FLASH OR PROTRUSIONS. 4. 寸法には、リード間のバリまたは突出部を含まない。リード間のバリまたは突出部は、 INTERLEAD FLASH OR PROTRUSIONS SHALL NOT EXCEED 0.152mm (.006") PER SIDE 各サイドで0.152mm（0.006"）を超えないこと 5. LEAD COPLANARITY (BOTTOM OF LEADS AFTER FORMING) SHALL BE 0.102mm (.004") MAX 5. リードの平坦度（整形後のリードの底面）は最大0.102mm (.004") であること 3251i 11 LTC3251 標準的応用例 3.3Vから1.5Vへの変換、連続スプレッドス ペクトラム動作、シャットダウン付き 1.2V出力、マイクロプロセッサ による動作モードの制御 OFF ON µP 1 9 MD0 MD1 VIN 3.3V LTC3251 7 VOUT VIN 8 C2+ C1+ 1µF 4 6 1µF C2– C1– 5 10 GND FB 2 1µF VOUT = 1.5V IOUT ≤ 275mA 3 10µF 1-CELL Li-Ion OR 3-CELL NiMH 4.75k 1µF 1 9 MD0 MD1 LTC3251 2 7 VOUT VIN 3 8 + + C2 C1 1µF 4 6 1µF C2– C1– 5 10 GND FB VOUT = 1.2V IOUT UP TO 250mA, VIN ≥ 2.7V IOUT UP TO 500mA, VIN ≥ 3.0V 10µF 2.2µF 5pF 287k 549k 5.36k 3251 TA04 3251 TA03 関連製品 製品番号 説明 注釈 LTC1514 50mA、650kHz、昇圧/降圧チャージポンプ、 低バッテリ・コンパレータ付き VIN = 2.7V∼10V、VOUT = 3Vまたは5V、安定化出力、IQ = 60µA、 ISHDN = 10µA、S8 LTC1515 50mA、650kHz、昇圧/降圧チャージポンプ、 パワーオン・リセット付き VIN = 2.7V∼10V、VOUT = 3.3Vまたは5V、安定化出力、 IQ = 60µA、ISHDN < 1µA、S8 LT1776 500mA (IOUT)、200kHz、高効率降圧DC/DC コンバータ 効率：90%、VIN = 7.4V∼40V、最小VOUT = 1.24V、IQ = 3.2mA、 ISHDN = 30µA、N8、S8 LTC1911-1.5 250mA、1.5MHz、高効率降圧チャージポンプ 効率：75%、VIN = 2.7V∼5.5V、VOUT = 1.5V、安定化出力、 IQ = 180µA、ISHDN = 10µA、MS8 LTC1911-1.8 250mA、1.5MHz、高効率降圧チャージポンプ 効率：75%、VIN = 2.7V∼5.5V、VOUT = 1.8V、安定化出力、 IQ = 180µA、ISHDN = 10µA、MS8 LTC3250-1.5 250mA、1.5MHz、高効率降圧チャージポンプ 効率：85%、VIN = 3.1V∼5.5V、VOUT = 1.5V、安定化出力、 IQ = 35µA、ISHDN < 1µA、ThinSOT LTC3404 600mA (IOUT)、1.4MHz同期式降圧DC/DC コンバータ 効率：95%、VIN = 2.7V∼6V、最小VOUT = 0.8V、IQ = 10µA、 ISHDN < 1µA、MS8 LTC3405/LTC3405A 300mA (IOUT)、1.5MHz同期式降圧DC/DC コンバータ 効率：95%、VIN = 2.7V∼6V、最小VOUT = 0.8V、IQ = 20µA、 ISHDN < 1µA、ThinSOT LTC3406/LTC3406B 600mA (IOUT)、1.5MHz同期式降圧DC/DC コンバータ 効率：95%、VIN = 2.5V∼5.5V、最小VOUT = 0.6V、IQ = 20µA、 ISHDN < 1µA、ThinSOT LTC3411 1.25A (IOUT)、4MHz同期式降圧DC/DC コンバータ 効率：95%、VIN = 2.5V∼5.5V、最小VOUT = 0.8V、IQ = 60µA、 ISHDN < 1µA、MS10 LTC3412 2.5A (IOUT)、4MHz同期式降圧DC/DC コンバータ 効率：95%、VIN = 2.5V∼5.5V、最小VOUT = 0.8V、IQ = 60µA、 ISHDN < 1µA、TSSOP-16E LTC3440 600mA (IOUT)、2MHz同期式昇降圧DC/DC コンバータ 効率：95%、VIN = 2.5V∼5.5V、最小VOUT = 2.5V、IQ < 25µA、 ISHDN = 1µA、MS10 3251i 12 リニアテクノロジー株式会社 〒102-0094 東京都千代田区紀尾井町3-6秀和紀尾井町パークビル8F TEL 03-5226-7291• FAX 03-5226-0268 • www.linear-tech.co.jp 0802 0.5K • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2002