MAX1697：60mA SOT23 帶關斷功能的反相電荷泵

在電子設計領域，電荷泵是一種常用的電壓轉換器件，能夠實現電壓的升高、降低或反相。今天，我們就來詳細探討一下 Maxim 公司的 MAX1697 60mA SOT23 帶關斷功能的反相電荷泵。

文件下載：MAX1697.pdf

一、概述

MAX1697 是一款超小型、單片式 CMOS 電荷泵電壓反相器，輸入電壓范圍為 +1.25V 至 +5.5V。它具有超低的 12Ω 輸出電阻，能夠在最大效率下提供高達 60mA 的負載電流。該器件提供 12kHz、35kHz、125kHz 或 250kHz 四種不同的工作頻率，可根據需要優化電源電流或外部元件尺寸。其小巧的外部元件和微功耗關斷模式，使其非常適合電池供電和板級電壓轉換應用。

二、應用領域

1. 負電源生成：可從 +5V 或 +3.3V 邏輯電源生成負電源，為模擬電路供電。
2. 小型 LCD 面板：為 LCD 面板提供合適的電壓。
3. GaAsFET 偏置電源：滿足 GaAsFET 的偏置需求。
4. 手持終端和 PDA：適用于電池供電的手持設備。
5. 電池供電設備：在各種電池供電的設備中發揮作用。

三、特性亮點

1. 高輸出電流：能夠提供 60mA 的輸出電流，滿足大多數應用的需求。
2. 低輸出電阻：僅 12Ω 的輸出電阻，可有效減少功率損耗。
3. 低電源電流：例如 MAX1697R 的電源電流僅 150μA。
4. 元件簡單：僅需兩個 1μF 電容（MAX1697U）。
5. 啟動電流限制：防止啟動時對電源造成過大沖擊。
6. 寬輸入電壓范圍：+1.25V 至 +5.5V 的輸入電壓范圍，增強了其適用性。
7. 壓擺率限制：降低電磁干擾（EMI）。

四、訂購信息

此外，在訂購時還需注意封裝材料的選擇，不同后綴代表不同的封裝特性。

五、電氣特性

1. 電源電壓范圍

不同型號的 MAX1697 在不同溫度下的電源電壓范圍有所不同，但一般在 1.5V 至 5.5V 之間。

2. 靜態電源電流

不同型號的靜態電源電流差異較大，例如 MAX1697R 為 150 - 300μA，而 MAX1697U 可達 1800 - 3400μA。

3. 振蕩器頻率

不同型號對應不同的振蕩器頻率，如 MAX1697R 為 12kHz，MAX1697U 為 250kHz。

4. 電壓轉換效率

在 IOUT = 0，TA = +25°C 時，電壓轉換效率可達 99 - 99.9%。

5. 輸出電阻

典型輸出電阻為 12Ω，在 IOUT = 60mA，TA = 0°C 至 +85°C 時，最大可達 33Ω。

6. 關斷電阻

SHDN = GND 時，OUT 到 GND 的關斷電阻為 3 - 8Ω。

六、典型工作特性

文檔中給出了大量的典型工作特性曲線，包括輸出電壓與輸出電流的關系、效率與輸出電流的關系、輸出阻抗與輸入電壓的關系等。這些曲線可以幫助工程師更好地了解 MAX1697 在不同工作條件下的性能表現，從而進行合理的設計。

七、引腳說明

八、詳細工作原理

MAX1697 電容式電荷泵通過開關電容的方式實現電壓反相。在第一個半周期，開關 S2 和 S4 打開，S1 和 S3 閉合，電容 C1 充電至 IN 端的電壓；在第二個半周期，S1 和 S3 打開，S2 和 S4 閉合，C1 的電壓向下平移 VIN 伏，與儲能電容 C2 并聯，從而實現電壓反相。

九、效率考慮

MAX1697 的效率在低輸出電流時主要受靜態電源電流（IQ）影響，在高輸出電流時主要受輸出阻抗（ROUT）影響，其效率公式為： (eta cong frac{I{OUT }}{I{OUT }+I{Q}}left(1-frac{I{OUT } × R{OUT }}{V{IN }}right)) 輸出阻抗大致可表示為： (R{OUT } cong frac{1}{left(f{OSC }right) × C 1}+2 R{S W}+4 ESR{C 1}+ESR_{C 2})

十、保護功能

1. 電流限制

MAX1697 在啟動時將輸入電流限制在 170mA（典型值），防止低電流或高輸出阻抗的輸入電源過載。

2. 關斷功能

通過將 SHDN 引腳拉低，可使器件進入低功耗關斷模式，此時電荷泵停止切換，電源電流降至 2nA，OUT 端通過 3Ω 電阻主動接地。

3. 熱關斷

當芯片溫度超過 +150°C 時，內部時鐘停止，器件停止工作；當溫度下降 15°C 時，器件恢復工作，防止在溫度觸發點附近快速振蕩。

十一、應用信息

1. 電容選擇

• 飛跨電容（C1）：增加 C1 的值可降低輸出電阻，但超過一定值后，內部開關電阻和電容 ESR 將成為主導因素。
• 輸出電容（C2）：增加 C2 的值可降低輸出紋波電壓，降低其 ESR 可同時降低輸出電阻和紋波。
• 輸入旁路電容（C3）：必要時可旁路輸入電源，降低其交流阻抗和開關噪聲影響，建議使用與 C1 相同值的電容。

  2. 電壓反相器應用

  這是 MAX1697 最常見的應用，只需兩個外部電容 C1 和 C2，必要時再加一個旁路電容。

  3. 級聯應用

  兩個 MAX1697 可級聯以產生更大的負電壓，但級聯多個器件時輸出電阻會顯著增加。

  4. 并聯應用

  并聯多個 MAX1697 可降低輸出電阻，每個器件需要自己的泵電容（C1），而儲能電容（C2）可共用。

  5. 組合倍壓/反相器應用

  在特定電路中，可同時實現電壓反相和倍壓功能，但需注意兩個輸出的總電流不超過 60mA。

  6. 重負載連接到正電源應用

  在重負載情況下，當有較高電源向 OUT 端提供電流時，需在 GND 和 OUT 之間連接一個肖特基二極管，防止 OUT 端電壓高于地。

十二、布局和接地

良好的布局對于降低噪聲至關重要。應將所有元件盡可能靠近安裝，縮短走線以減少寄生電感和電容，并使用接地平面。

十三、總結

MAX1697 是一款功能強大、性能優良的反相電荷泵，具有多種特性和保護功能，適用于多種應用場景。在設計過程中，工程師需要根據具體需求選擇合適的型號和工作頻率，并合理選擇電容等外部元件，同時注意布局和接地，以確保電路的性能和穩定性。你在使用 MAX1697 或其他電荷泵時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。